Wie können Wissenschaftler ein Virus künstlich synthetisieren?

Das weltweit erste künstliche Virus wurde Ende 2003 von einem Forscherteam unter der Leitung von Craig Venter synthetisiert, der auch für die erste Sequenzierung des menschlichen Genoms verantwortlich war. Das Virus war ein Phi-X174-Bakteriophage (Bakterienfresser), dessen Genom 5.000 Basenpaare oder Nukleotide aufweist. Im Vergleich dazu hat das menschliche Genom rund 3 Milliarden Basenpaare.

Das Polio-Virus mit 7.500 Basenpaaren wurde ebenfalls von Grund auf neu synthetisiert. Die Synthese des Phi-X174-Virus war eine schnelle Aufgabe - mit moderner Technologie dauerte es nur zwei Wochen. Die Synthese anderer Viren hat Monate gedauert.

Der Prozess beginnt mit der Synthese von Oligonukleotiden, bei denen es sich um kleine Nukleotidlängen (DNA oder RNA) mit jeweils etwa zwanzig oder weniger Basenpaaren handelt. Da Biologen bereits seit Jahren Oligonukleotide synthetisieren, gibt es DNA-Synthesemaschinen, die diese automatisch herstellen können. Das Design der Oligonukleotide für das Phi-X174-Virus dauerte nur etwa acht Stunden, gefolgt von einem viertägigen Synthesevorgang.

Der nächste Schritt ist die Reinigung der Oligonukleotide durch Gelelektrophorese. Die gereinigten Oligos werden dann mit speziellen Chemikalien markiert und nacheinander in einem als PCA (Polymerase Cycling Assembly) bezeichneten Prozess zusammengesetzt. Nach 35 bis 70 Zyklen wurde ein Vollchromosom aus den künstlichen Oligos synthetisiert. Unter Verwendung von PCR (Polymerasekettenreaktion) werden dann viele Kopien des ursprünglichen Chromosoms erzeugt, von denen die besten unter Verwendung eines anderen Zyklus der Gelreinigung ausgewählt werden. Diese Nukleotidketten werden dann von ihren linearen chromosomalen Formen zirkularisiert und infektiös.

Die infektiösen Chromosomen (virii) werden dann zum Verzehr auf eine Agarplatte transplantiert, die Bakterien enthält. Innerhalb eines Tages können bereits verräterische Überreste viraler Aktivität und Selbstreplikation gefunden werden, was zeigt, dass die Synthese ein Erfolg war.

Die Synthese künstlicher Viren wurde für Anwendungen wie die Verringerung der Umweltverschmutzung und die erweiterte Filterung erörtert. Es können spezielle Mikroben geschaffen werden, die fast alles konsumieren. Andererseits besteht immer das Risiko, dass eine böswillige Partei diese Technologie verwendet, um einen Virus zu erzeugen, der für hohe Virulenz oder Letalität gegenüber menschlichen Wirten entwickelt wurde.