Synthetische Biologie Eine Einführung. - Was ist synthetische Biologie? - Mögliche Anwendungsgebiete -Ethische Fragen
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- Nicole Gehrig
- vor 8 Jahren
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1 Synthetische Bilgie Eine Einführung - Was ist synthetische Bilgie? - Mögliche Anwendungsgebiete -Ethische Fragen
2 WAS IST SYNTHETISCHE BIOLOGIE?
3 Was ist Synthetische Bilgie?
4 Ziele der Synthetischen Bilgie
5 Was ist neu an der Synthetischen Bilgie? Kein Fach, das aus dem Nichts kmmt! CONVERGING SCIENCES Nicht mehr nur einzelne, kürzere DNA-Abschnitte werden verändert, sndern ganze Genme!
6 Wrauf basiert die Synthetische Bilgie? Entdeckung der mlekularen Struktur des Genms Mitte des 20. Jhdts. Leben lässt sich auf mlekularer Ebene beschreiben und wird nicht erschaffen Immer billiger und zugänglicher werdende DNA-Synthese Laufend verbesserte Techniken zur DNA-Sequenzierung DNA-Synthese: künstliche Herstellung eines DNA-Abschnitts DNA-Sequenzierung: Entschlüsselung der Basen-Sequenz eines DNA-Abschnitts
7 Unterschied Gentechnik / Synthetische Bilgie GENTECHNIK gebunden an existierende Frmen des Lebens, beschränkt auf den Austausch einzelner, kurzer Gensequenzen SYNTHETISCHE BIOLOGIE Lebensfrm nach ingenieurswissenschaftlichen Prinzipien mit Bausteinen der Natur der synthetischen Kmpnenten entwerfen und herstellen
8 Biecnmy: Visin der baldige Realität? Ein neuer Wirtschaftszweig? Grßes Ptential für die Technlgien der Synthetischen Bilgie. Zukünftige Anwendungen sind jedch nch unklar. VIELE VISIONEN SIND NOCH IM STATUS DER GRUNDLAGENFORSCHUNG! Ft: BZiL, cc / by
9 MÖGLICHE ANWENDUNGSGEBIETE
10 Mögliche Anwendungsgebiete ARZNEIMITTEL, die in synthetischen Organismen hergestellt werden Herstellung vn HUMANEN GEWEBEN mithilfe vn ptimierten Stammzellen ALTERNATIVE TREIBSTOFFE, die durch künstliche Bakterien erzeugt werden Synthetische Pilze, die SCHADSTOFFE ABBAUEN können und vieles mehr Ft Würfel, cc/by-sa Ft: Archenz, cc/by-sa Ft: Thiem Schuff, cc/by-sa
11 Mögliche Anwendungsgebiete Vier Beispiele für charakteristische Frschungsansätze 1. CHEMISCHE SYNTHESE VON GENEN / GENOMEN Beispiel Mycplasma mycides JCVI-syn1.0 Genm 2. ENTWICKLUNG VON MINIMALZELLEN bttm-up und tp-dwn Ansätze 3. DESIGN VON MAßGESCHNEIDERTEN STOFFWECHSEL-WEGEN Beispiel Artemisinin-Prduktin 4. SCHAFFUNG VON PROTOZELLEN artifizielle Systeme mit Eigenschaften lebender Zellen
12 Chemische Synthese vn Genen und Genmen SYNTHESE VON DNA IN BELIEBIGER SEQUENZ UND FAST BELIEBIGER LÄNGE hne Matrize möglich - wichtiger Frtschritt in Richtung einer Synthetischen Bilgie ANWENDUNGEN: DNA-Impfstffe (HIV-1) Smatische Gentherapie: Aminsäuresequenzen mit antiviraler Aktivität Design vn synthetischen bakteriellen Genmen
13 Chemische Synthese vn Genen und Genmen Mycplasma mycides JCVI-syn1.0 Lebewesen mit SYNTHETISCHER DNA erstmals im Jahr 2010 geschaffen SYNTHETISCHES LEBEWESEN! Genm vn Mycplasma mycides( bp) wurde basierend auf den vrhanden Sequenzdaten synthetisiert und in anderen Bakterienstamm (Mycplasma caprilum) eingeschleust. Craig Venter Institute, Kalifrnien 20 FrscherInnen mehr als 10 Jahre lang gearbeitet! Budget 40 Mi. Dllar! Ft:
14 Chemische Synthese vn Genen und Genmen Mycplasma mycides JCVI-syn1.0 Analyse und Nachbau Plan des Genms vn M. Mycides Chemische Synthese vn DNA Mlekülen mit jeweils 1000 Basenpaaren (bp) Grafik: DNA Mleküle schrittweise in E. cli und Hefe zusammengebaut Einbau in M. Capriclum, drt verdrängt es das natürliche Erbgut
15 Entwicklung vn Minimalzellen Zellen, die nur unbedingt lebensntwendige Kmpnenten enthalten Enthalten ein MINIMALGENOM: Gene, die für ein Leben unter definierten Bedingungen benötigt werden bttm-up der tp-dwn Ansätze werden befrscht
16 Entwicklung vn Minimalzellen Wzu Minimalzellen? Minimalgenm einer Zelle könnte als Grundgerüst genützt werden, um genetische Infrmatin für gewünschte Funktinen (Prgramme) einzubauen. + Betriebssystem Prgramme VIELFÄLTIGE VISIONEN FÜR ANWENDUNGEN!!
17 Entwicklung vn Minimalzellen Minimalgenm: bttm up Ansatz Herzstück der Synthetischen Bilgie: BASISFORM DES LEBENS AUS EINFACHEN TEILEN AUFBAUEN! Sequenz eines Minimalgenms wird am Reißbrett entwrfen, chemisch synthetisiert und in eine Zellhülle eingebracht Wichtige Einzelschritte sind bereits erprbt!
18 Entwicklung vn Minimalzellen Minimalgenm: tp dwn Ansatz Vrhandenes Genm eines Mikrrganismus wird s minimiert, dass nur mehr Grundeigenschaften des Lebens gegeben sind. Bereits bei mehreren Mikrrganismen erprbt z.b. Escherichia cli Genm vn 4,6 auf 3,7 Mb reduziert Nicht essenzielle Gene und intergenische Reginen werden entfernt.
19 Design vn maßgeschneiderten Stffwechselwegen METABOLIC ENGINEERING Gene für mehrere metablische Abläufe werden aus unterschiedlichen natürlichen Organismen zusammengeführt und ptimiert Beispiel: Antimalaria-Mittel ARTEMISININ pflanzlich, nur in geringen Mengen verfügbar Design und Implantierung eines kmplexen synthetischen Stffwechselweges in Hefe ZIEL IST DIE GROSSTECHNISCHE, BILLIGE PRODUKTION VON ARZNEIMITTELN ODER FEINCHEMIKALIEN
20 Prtzellen Brücke zwischen belebter und unbelebter Materie Aus Bausteinen vn lebenden Zellen im Labr knstruiert: DNA, RNA, Prteine, Lipide Mit Eigenschaften lebender Zellen: mutierbarer Infrmatinsspeicher, Stffwechselsystem, umhüllende Membran
21 Prtzellen Leben de nv erschaffen? Verständnis über die Grundprinzipien und die Entstehung lebender Zellen gewinnen: EVOLUTION IM REAGENZGLAS NACHVOLLZIEHEN W ist die Grenze zwischen lebender und tter Materie? Darstellung einer Prtzelle mit einer Membran aus Fettsäuren, darin befinden sich katalytische RNAs, die sich replizieren können. Entstehen Fehler kmmt es zur Mutatin, katalytische RNAs mit neuen Eigenschaften können entstehen Grafik: Janet Iwasa, cc/by-nc-nd3.0
22 ETHISCHE FRAGEN
23 Missbrauchsgefahren BIOSECURITY Schutz vr Missbrauch synthetischer bilgischer Systeme STICHWORT BIOTERRORISMUS (z.b. nachgebauter Grippevirus) Natinale und internatinale gesetzliche Regelungen Verhaltenskdex für FrscherInnen Freiwillige Regularien für Unternehmen Bild: gemeinfrei
24 Risikptential der Synthetischen Bilgie BIOSAFETY bilgische Sicherheit bzw. unabsichtliche Nebenwirkungen synthetischer bilgischer Systeme Tabelle nach J. Bldt, Synthetische Bilgie. Eine ethisch-philsphische Analyse
25 Synthetische Bilgie: weitere ethische Fragen Haben neue Lebensfrmen möglicherweise grße Auswirkungen auf unser Bild des Lebendigen und den Wert, den wir ihm zusprechen? Verschwimmt die Grenze zwischen Lebendigem und Technischem? Hat dies Auswirkungen auf den Umgang und den Wert des Lebendigen? Ändert sich das menschliche Selbstverständnis? Vm Techniker (hm faber) zum hm creatr, Schöpfer vn Leben?
26 LITERATUR
27 Literatur Basierend auf: Jachim Bldt, Oliver Müller, Givanni Mai Synthetische Bilgie. Eine ethisch-philsphische Analyse Herausgeber: Eidgenössiche Ethikkmmissin für die Bitechnlgie im Ausserhumanbereich EKAH und Ariane Willemsen, Bern Deutsche Frschungsgemeinschaft, acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, Deutsche Akademie der Naturfrscher Lepldina. Synthetische Bilgie. Stellungnahme Eurpean Academies Science Advisry Cuncil easac. Realising Eurpean ptential in synthetic bilgy:scientific pprtunities and gd gvernance Christph Then, Sylvia Hamberger. Synthetische Bilgie Teil 1: Synthetische Bilgie und künstliches Leben Eine kritische Analyse. TEST BIOTECH, Stand: März 2012
28 Wir danken unseren Fördergebern! Entstanden im Rahmen des Prjekts
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