Künstliches DNA-ähnliches Molekül zeigt, wie Außerirdisches Leben aufgebaut sein könnte

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Grafische Darstellung der synthetisch erzeugten sog. Hachimoji-DNA, die neben den vier klassischen Informationsbestandteilen der regulären DNA (grün, rot, blau, gelb) zusätzlich vier neue Bauteile (cyan, pink, lila, orange) nutzt (Illu.). Copyright: Indiana University School of Medicine

Grafische Darstellung der synthetisch erzeugten sog. Hachimoji-DNA, die neben den vier klassischen Informationsbestandteilen der regulären DNA (grün, rot, blau, gelb) zusätzlich vier neue Bauteile (cyan, pink, lila, orange) nutzt (Illu.).
Copyright: Indiana University School of Medicine

Alachua (USA) – Finanziert von der US-Raumfahrtbehörde NASA, haben US-Genetiker erstmals ein molekulares System synthetisiert, das wie DNA Informationen speichern und übertragen kann. Die Entdeckung deutet darauf hin, dass auch es eine natürliche Alternative zu DNA-basiertem Leben – wie wir es auf der Erde kennen – geben könnte. Ein genetisches System für Leben, wie es auf anderen Welten möglich sein könnte. Bei der Suche nach außerirdischem Leben müssen Wissenschaftler also vielleicht umdenken.

Wie das Team um Dr. Steven Benner von der „Foundation for Applied Molecular Evolution“ aktuell im Fachjournal „Science“ (DOI: 10.1126/science.aat0971) berichtet, war es das Ziel der Studie und Experimente, die Grundlage von Alternativen zur uns bekannten und aus den vier Nukleotiden Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin bestehende Doppelhelix-DNA zu erforschen.

Hintergrund
Die irdische DNA ist ein komplexes Molekül, das genetische Informationen speichert, überträgt und in allen lebenden Organismen der Erde von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben wird. Zu seinen Bestandteilen zählen vier Kernbestandteile, die als Nukleotide bezeichnet werden. Die Grundlage des Lebens, wie wir es kennen.

Um jedoch nach Leben auf anderen Himmelskörpern suchen zu können, müssen auch mögliche Alternativen zur uns bekannten DNA in Betracht gezogen werden: “Leben zu erkennen, ist ein immer wichtigeres Ziel der NASA-Missionen und diese neue Studie wird uns dabei helfen, wirksame Instrumente und Experimente zu entwickeln, die den Rahmen für das, was wir suchen, erweitern”, kommentiert Lori Glaze, stellvertretende Direktorin der „Planetary Science Division“ der NASA.

Das nun erfolgreich synthetisierte Informationssystem gleicht der DNA, unterscheidet sich zugleich aber von dieser, da es acht statt vier informationsspeichernde Zutaten beinhaltet: Neben den vier bereits die irdische DNA bildenden Nukleotiden Adenin, Cytosin, Guanin und erzeugten die Genetiker um Benner vier weitere diese Bauteile nachahmenden synthetische Basen-Strukturen („Z“, „P“, „S“ und „B“) jedoch ebenfalls innerhalb einer Doppelhelix-Struktur, die Informationen speichern und übertragen kann.

In Zusammenarbeit mit den US-Universitäten von Texas und Indiana sowie mit „DNA Software“ bezeichnen die Wissenschaftler um Benner ihr Produkt als „Hachimoji“, zusammengesetz aus den japanischen Wörtern „hachi“ für „acht“ und „moji“ für „Buchstabe“.

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Tatsächlich erfülle die neue Hachimoji-DNA alle strukturellen Anforderungen dafür, Informationen zu speichern, zu übertragen und sich innerhalb von lebenden Systemen zu entwickeln.

„Indem wir die Rolle von Form Größe und Struktur der Hachimoji-DNA untersuchen, erweitern wir unser Wissen darüber, welche Arten von Molekülen ebenfalls Informationen speichern können – beispielsweise in außerirdischem Leben auf fernen Welten“, so Benner.

Allerdings stellen sich angesichts alternativer DNA-Ausformungen auch Fragen etwa danach, welcher genetischer Systeme und Umweltbedingungen es bedarf, dass daraus dann auch exotische Lebensformen entstehen können.

Während es also diese und weitere Fragen noch zu beantworten gelte, zeige der nun vorgestellten Forschungsdurchbruch aber, dass auch Umgebungen potentiell lebensfreundlich sein könnten, die wir bislang eher als vermutlich lebensfeindlich betrachtet haben und das sich dort Leben in Formen und Ausprägungen tummeln könnte, wie wir sie uns bislang noch nicht einmal vorstellen konnten.

Diese neue Situation müsse auch Auswirkungen auf das Design und die Zusammensetzung zukünftiger Weltraummissionen haben – gerade, wenn deren Ziel der Nachweis von außerirdischem Leben sei, bekennen nicht nur die beteiligten Wissenschaftler sondern auch NASA-Verantwortliche wie Mary Voytek, die am Hauptquartier der US-Raumfahrtbehörde NASA für Astrobiologie zuständig ist:

„Eines der großen Ziele der NASA ist die Suche nach Leben auf anderen Planeten wie Mars, auf dem es früher einmal fließendes Wasser gab, oder auf den Monden im äußeren Sonnensystem wie Europa oder Enceladus, wo unter der eisigen Oberflächenkruste tiefe Ozeane flüssigen Wassers verborgen sind. Was wäre nun also, wenn das Leben dort gar nicht unsere DNA nutzt? Wie könnten wir solches Leben erkennen? Diese neue DNA-Struktur liefert uns erste Antworten auf diese und viele weitere Fragen.“

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