Synthetisches Leben, das im Reagenzglas aus einfachen Molekülen und chemischen Reaktionen erzeugt wird, hat das Potenzial Biotechnologie, Medizin und Materialwissenschaften zu revolutionieren und globale Probleme zu lösen, die über die bestehenden natürlichen Grenzen hinausgehen. Prof. Job Boekhoven, Professor für Systemchemie, und seine Arbeitsgruppe versuchen, grundlegende Fragen des Lebens zu entschlüsseln (Was ist Leben? Wie ist es entstanden? Sind wir allein im Universum?), indem sie synthetisches Leben erschaffen.

Eine der größten Herausforderungen beim Aufbau synthetischen Lebens besteht darin, Informationen mit Funktionen zu verknüpfen. Das Leben, wie wir es kennen, erreicht dies durch die Beziehung zwischen Genotyp und Phänotyp: Gene beeinflussen das Verhalten eines Organismus, und die natürliche Selektion wirkt auf den resultierenden Phänotyp – führt ein „gutes“ Gen zu einem fitteren Phänotyp, erhöht sich seine Verbreitungswahrscheinlichkeit.

In einer kürzlich in Nature Communications veröffentlichten Studie machen Boekhoven und seine Kolleginnen und Kollegen einen Schritt in Richtung Anwendung dieses Prinzips auf synthetische Zellen. Mithilfe eines vollständig synthetischen Modellsystems aus energiegetriebenen koazervaten Protozellen – auch als Tröpfchen oder Blasen bekannt – gelang es ihnen, diese mit Bibliotheken kurzer, einzelsträngiger DNA-Sequenzen (30 Basen lange Oligonukleotiden) zu füllen. Anschließend stellten sie sich eine einfache Frage: Kann genetische Information das Verhalten einer synthetischen Zelle beeinflussen?

Die kurze Antwort lautet: ja. Durch die Sequenzierung der spezifischen DNA-Sequenzen, die von den Tröpfchen aufgenommen wurden, stellten die Doktoranden Anna-Lena Holtmannspötter von der TUM School of Natural Sciences und Corbin Machatzke von der TU Dortmund fest, dass bestimmte Sequenzen bevorzugt eingebaut werden. Noch wichtiger ist, dass diese Sequenzen die Eigenschaften der synthetischen Zellen selbst verändern. Einige DNA-Sequenzen verkürzen die Lebensdauer der Tröpfchen, während andere sie stabilisieren und sogar ihre Morphologie verändern. Mit anderen Worten: Die DNA ist nicht länger ein passiver „Mitreisender“, sondern beeinflusst den Phänotyp der synthetischen Zelle. Diese Arbeit etabliert eine primitive Form der Genotyp-Phänotyp-Kopplung in einem Nicht-Gleichgewichts-, energieabhängigen Protozellensystem – ein entscheidender Baustein für zukünftige Versuche, darwinistische Evolution in synthetischen Zellen zu ermöglichen.

Es bleiben viele Herausforderungen, bevor sich wirklich selbst entwickelndes synthetisches Leben realisieren lässt. Am offensichtlichsten ist die Replikation der DNA innerhalb der synthetischen Zellen. Doch das Verständnis darüber, wie Information das Verhalten minimaler, zellähnlicher Systeme beeinflussen kann, ist ein entscheidender Schritt auf diesem Weg.

Veröffentlichung und Hintergrundartikel

• DNA affects the phenotype of fuel-dependent coacervate droplets.Machatzke C, Holtmannspötter AL, Mutschler H, Boekhoven J. Nat Commun. 2026 Mar 26;17(1):2953. doi: 10.1038/s41467-026-71024-8.PMID: 41888132
• https://www.nat.tum.de/en/nat/latest/bioscience/article/from-primordial-soup-to-living-in-a-bubble-unraveling-the-secrets-of-life/

Links und weitere Informationen

• Prof. Job Boekhoven’s Profil: https://www.bio.nat.tum.de/bio/profs/job-boekhoven/
• BoekhovenLab:  https://boekhovenlab.com
• Department of Bioscience der TUM School of Natural Sciences:  https://www.bio.nat.tum.de/bio/start/
• Prof. Hannes Mutschler: https://ccb.tu-dortmund.de/professuren/cb/mutschler/

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