Was ist Spiegel-Leben? Wissenschaftler schlagen Alarm – Katie Hunt
Quelle: What is mirror life? Scientists are sounding the alarm | CNN
Die Wissenschaftlerin Kate Adamala weiß nicht mehr genau, wann ihr bewusst wurde, dass ihr Labor an der University of Minnesota an etwas potenziell Gefährlichem arbeitete – so gefährlich, dass einige Forscher glauben, es könnte eine existenzielle Gefahr für alle Lebensformen auf der Erde darstellen.
Sie war eine von vier Forschern, denen 2019 ein Stipendium der US-amerikanischen National Science Foundation in Höhe von 4 Millionen Dollar gewährt wurde, um zu untersuchen, ob es möglich ist, eine Spiegelzelle herzustellen,in der die Struktur aller ihrer biomolekularen Bestandteile das Gegenteil von dem ist, was in normalen Zellen zu finden ist.
Die Arbeit war ihrer Meinung nach wichtig, da solche umgekehrten Zellen, die in der Natur nie existiert haben, Aufschluss über die Ursprünge des Lebens geben und die Herstellung von Molekülen mit therapeutischem Wert erleichtern könnten, wodurch möglicherweise bedeutende medizinische Herausforderungen wie Infektionskrankheiten und Superbakterien bewältigt werden könnten. Aber es kamen Zweifel auf.
„Es war nie ein einziger Geistesblitz. Es war eher ein langsamer Prozess, der sich über mehrere Monate hinzog“, sagte Adamala, eine synthetische Biologin. Die Leute begannen, Fragen zu stellen, fügte sie hinzu, „und wir dachten, wir könnten sie beantworten, aber dann wurde uns klar, dass wir das nicht konnten.“
Die Fragen drehten sich darum, was passieren würde, wenn es Wissenschaftlern gelänge, einen „Spiegelorganismus“ wie beispielsweise ein Bakterium aus Molekülen herzustellen, die Spiegelbilder ihrer natürlichen Formen sind. Könnte es sich unbeabsichtigt ungehindert im Körper oder in der Umwelt ausbreiten und damit schwerwiegende Risiken für die menschliche Gesundheit und schlimme Folgen für den Planeten mit sich bringen? Oder würde es einfach verpuffen und spurlos und harmlos verschwinden?
In der Natur sind viele wichtige Biomoleküle rechts- oder linkshändig aufgebaut, obwohl nicht klar ist, warum sich das Leben so entwickelt hat. Diese Eigenschaft, die als Chiralität bezeichnet wird, wurde erstmals 1848 vom französischen Wissenschaftler Louis Pasteur entdeckt. So bestehen beispielsweise DNA und RNA aus „rechtshändigen” Nukleotiden und Proteine aus „linkshändigen” Aminosäuren. Genauso wie ein rechtshändiger Handschuh nicht auf die linke Hand passt oder ein Schlüssel genau in ein Schloss passt, hängen Wechselwirkungen zwischen Molekülen oft von der Chiralität ab, und lebende Systeme benötigen konsistente Chiralitätsmuster, um richtig zu funktionieren.
In einer Spiegelzelle würden alle Moleküle durch Spiegelbildversionen ersetzt werden. Eine solche Entwicklung ist hypothetisch; selbst die Schaffung einer synthetischen Zelle mit natürlicher Chiralität, die ihre normalen lebenden Gegenstücke nachahmt, ist noch nicht möglich, aber es ist ein aktives und spannendes Forschungsgebiet, das Adamala und mehrere andere Forschungsgruppen verfolgen. Wissenschaftler können viele der Komponenten aus nicht lebenden Vorläufern herstellen und könnten bald normale synthetische Zellen entwickeln, die dann theoretisch einzellige Lebensformen wie Bakterien erzeugen könnten.
Für sich genommen stellen kleine Spiegelmoleküle kein besonderes Risiko dar, und Wissenschaftler können bereits sicher Proteine und Kohlenhydrate mit entgegengesetzter Chiralität herstellen, die pharmazeutisch vielversprechend sind.
Vollständige Spiegelzellen sind jedoch nach wie vor unerreichbar. Adamala und ihre Kollegen konnten bei ihren Untersuchungen in diesem Bereich keine großen Fortschritte erzielen. Die Covid-19-Pandemie führte dazu, dass die Forschung nur langsam in Gang kam, und, was noch entscheidender war, informelle Gespräche, die Adamala mit Kollegen aus anderen Fachbereichen auf Konferenzen und anderen Foren führte, sorgten für Unruhe.
„Experten für Biosicherheit, Immunologie und Ökologie hielten etwas wie Spiegelzellen für unwahrscheinlich und betrachteten sie als Science-Fiction“, sagte sie.
Eine Sache, die diese anderen Wissenschaftler ansprachen und die für sie äußerst überraschend war, war, dass „Spiegelzellen für das menschliche Immunsystem wahrscheinlich völlig unsichtbar wären“, fügte Adamala hinzu. „Ich dachte immer, das Immunsystem würde einen Weg finden, alle eindringenden Biomoleküle zu erkennen. Ich wusste nicht, wie chiral das Immunsystem ist.“
Im Laufe der Jahre 2023 und 2024 formierten sich diese Ad-hoc-Gespräche zu einer Arbeitsgruppe von 38 Wissenschaftlern, darunter Adamala, und im Dezember 2024 veröffentlichte die Gruppe einen bahnbrechenden Artikel in der renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift Science mit dem Titel „Confronting Risks of Mirror Life“ [Die Risiken des Spiegellebens], der die Ergebnisse eines detaillierten 300-seitigen Berichts zusammenfasste, der von derselben Gruppe erstellt worden war.
Der Bericht kam zu dem Schluss, dass Spiegelzellen in den nächsten 10 bis 30 Jahren Realität werden könnten, und beschrieb detailliert die potenziell verheerenden Folgen, wenn Spiegelbakterien in die Umwelt freigesetzt würden und sich dort ausbreiten würden, wobei sie natürlichen biologischen Kontrollmechanismen entgehen und als gefährliche Krankheitserreger wirken würden.
Seitdem hat eine gemeinnützige Organisation namens Mirror Biology Dialogues Fund eine Reihe von Treffen gesponsert, um Empfehlungen zu entwickeln, mit denen die von Wissenschaftlern befürchtete Gefahr durch Spiegelorganismen abgewendet werden soll. Während weitgehend Einigkeit darüber besteht, dass Spiegelorganismen wie Bakterien nicht erzeugt werden sollten, gibt es viele Diskussionen darüber, welche Grenzen – wenn überhaupt – für die Erforschung der Spiegelbiologie gelten sollten.
Weltuntergangsszenarien
Dutzende Experten trafen sich im September zu einer zweitägigen Konferenz über Technik und den Schutz synthetischen Lebens in Manchester, Großbritannien, um zu diskutieren, wo rote Linien gezogen werden sollten, um die Forschung an Technologien zu beschränken, die die Schaffung von Spiegelorganismen ermöglichen könnten.
„Es besteht die Möglichkeit, dass wir – zugegebenermaßen mit großem Aufwand – etwas schaffen könnten, das unaufhaltsam wachsen, sich über den gesamten Planeten ausbreiten und viele, viele Lebensformen verdrängen oder töten könnte, darunter uns selbst, die Tiere um uns herum, die Pflanzen um uns herum und sogar einige Mikroben“, sagte David Relman, Professor für Mikrobiologie und Immunologie an der Stanford University, der an dem Treffen am Institut für Biotechnologie der Universität Manchester teilnahm.
Relman war wie Adamala eines der ersten Mitglieder der Arbeitsgruppe und erinnerte sich daran, dass die ersten Gespräche geheim gehalten wurden. „Wir wollten nicht unnötig Panik schüren. Wir wollten auch nicht wie Spinner klingen“, erinnert er sich. „Ich glaube, wir alle hofften, dass wir schnell erkennen würden, dass diese Logik einen fatalen Fehler hatte, aber es begann mich so sehr zu beschäftigen, dass ich nachts nicht mehr schlafen konnte.“
Ihre Besorgnis rührte daher, dass aufgrund der Chiralität des natürlichen Lebens die Wechselwirkungen zwischen natürlichen Organismen und Spiegelbakterien völlig unvorhersehbar wären. Das erste Spiegelbakterium wäre zwar wahrscheinlich extrem empfindlich, was sein Wachstum und Überleben einschränken würde, aber mit den richtigen Nährstoffen könnte es sich dennoch behaupten. Letztendlich könnte es sich wie eine invasive Art verhalten und Ökosysteme stören, ohne dass es Raubtiere gäbe, die es in Schach halten könnten.
Relman sagte, Spiegelbakterien könnten möglicherweise wichtige Teile des Immunsystems von Pflanzen, Tieren und Menschen umgehen, die Schwierigkeiten hätten, sie zu erkennen oder abzutöten.
Sobald sich ein Spiegelbakterium im menschlichen Körper befindet, könnte es sich hypothetisch in extrem hohem Maße vermehren und bei seinem Wirt etwas Ähnliches wie einen septischen Schock auslösen. Mögliche medizinische Gegenmaßnahmen – darunter die meisten Antibiotika – sind chiral, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich keine Wirkung auf Spiegelbakterien haben würden, obwohl es möglich ist, dass Spiegelversionen von Antibiotika hergestellt werden könnten.
Und obwohl Maßnahmen zur biologischen Eindämmung, wie sie Wissenschaftler bei der Arbeit mit gefährlichen Krankheitserregern anwenden, theoretisch verhindern könnten, dass Spiegelbakterien das Labor verlassen, wären diese Maßnahmen anfällig für menschliches Versagen oder vorsätzlichen Missbrauch.
Obwohl ein solches Weltuntergangsszenario alles andere als sicher ist und große Unsicherheit hinsichtlich der Risiken besteht, die ein Spiegelleben mit sich bringen würde, da es noch nicht existiert, konnte bisher niemand die Risiken vollständig widerlegen.
„Anfangs fragten sich die Leute, ob diese Bedenken tatsächlich so ernst zu nehmen sind, wie wir dachten. Also versuchten wir, sie zu widerlegen und Wege zu finden, wie wir uns irren könnten“, sagte Adamala. „Je mehr wir uns damit befassten, desto sicherer wurden wir uns, und immer mehr Menschen schlossen sich der Meinung an, dass es tatsächlich keine sichere Methode gibt, eine Spiegelzelle herzustellen.“
Relman bezeichnete Spiegel-Leben als das erste plausible existenzielle Risiko, dem er in seiner langen Karriere begegnet ist, in der er unter anderem die tödlichen Anthrax-Briefe von 2001 und das Havanna-Syndrom untersucht hat – eine mysteriöse Gesundheitsstörung, von der Spione, Soldaten und Diplomaten auf der ganzen Welt betroffen sind.
Er sagte, was ihm Anlass zu Optimismus gebe, sei die Tatsache, dass Spiegel-Leben im Gegensatz zu anderen umstrittenen und riskanten Bereichen der Wissenschaft wie dem Klonen noch nicht existiere – es sei keine „hier und jetzt vorhandene Sache“, die schwerer zu stoppen wäre. „Es besteht eine reale Chance, dass wir dies nicht erleben müssen, es sei denn, wir entscheiden uns dafür.“
Rote Linien
Andere Experten, die an den Diskussionen über Spiegel-Leben in Manchester beteiligt waren, sagten jedoch, es sei wichtig, vorsichtig vorzugehen und keine voreiligen Entscheidungen zu treffen, die den wissenschaftlichen Fortschritt behindern könnten. Sie betonten, dass die Forschung zur Entwicklung einzelner Spiegelmoleküle von der Forschung zur Entwicklung von Spiegelzellen oder -organismen unterschieden werden sollte – auch wenn beide manchmal als Spiegel-Leben oder Spiegel-Biologie bezeichnet werden.
Michael Kay, Professor für Biochemie an der University of Utah, der sich auf die Entwicklung von Medikamenten – vor allem gegen Infektionskrankheiten wie HIV – auf der Basis von Spiegelbildmolekülen konzentriert, sagte, er sei kein „großer Befürworter” von roten Linien, die einen Forschungsbereich komplett blockieren würden.
„Ich finde, dass sie ein zu stumpfes Instrument sind”, bemerkte Kay in Bezug auf pauschale Vorschriften.
Da der menschliche Körper sie nicht so leicht erkennt, widerstehen Spiegelmoleküle wie Proteine und Nukleinsäuren dem Abbau und sind dort stabiler – nützliche Eigenschaften für potenzielle Therapeutika. Und da Spiegelproteine sich nicht selbst replizieren können, bergen sie nicht die gleichen Risiken wie Spiegelzellen. Kay befürchtet jedoch, dass durch unklare Botschaften das Wort „Spiegel“ automatisch mit riskanter Forschung gleichgesetzt wird und dies die Innovation in diesem Bereich einschränken wird.
„Spiegelmoleküle sind inerte Chemikalien mit enormen Vorteilen“, erklärte er. „Die Forschung befindet sich noch in einem sehr frühen Stadium, aber es gibt sie, und viele weitere befinden sich in klinischen Studien. In den nächsten fünf bis zehn Jahren wird dies eine große Klasse von Medikamenten sein.“
Er merkte auch an, dass die Risiken von Spiegelzellen oder Organismen, sollten sie freigesetzt werden, unbekannt sind. „Dieser (Organismus) könnte einfach verhungern, was unserer Meinung nach am wahrscheinlichsten ist, oder alle Ressourcen der Erde verbrauchen und mit allen existierenden Lebewesen konkurrieren“, sagte Kay. „Das ist eine enorme Bandbreite.“
Er sagte jedoch, dass die laufenden Versuche, die Risiken abzuwägen, wichtig seien: „Ich denke, dass jede Anstrengung, die uns Zeit verschafft, um die Risiken besser zu verstehen und zu berücksichtigen und um, wie Sie wissen, einfach bewusster mit der Weiterentwicklung der Technologien umzugehen, anstatt einfach alles zuzulassen, von Vorteil ist. Und wir haben die Zeit dafür“, fügte Kay hinzu. „Das ist nicht unmittelbar bevorstehend.“
Synthetisches Leben ohne Spiegel
Viele synthetische Biologen, darunter auch Adamala, versuchen, aus nicht lebenden Teilen eine synthetische Zelle mit natürlicher Chiralität von Grund auf neu zu erschaffen. Das Ziel ist es, etwas zu schaffen, das biologische Prozesse nachahmt, um Aufschluss über die Kaskade biochemischer Reaktionen zu geben, die vor Hunderten von Millionen Jahren zur Entstehung des Lebens geführt haben, und um Probleme in der Medizin, Industrie, Umwelt und Grundlagenforschung zu lösen.
„Eine synthetische Zelle wäre wie ein Betriebssystem für das Leben: Sie würde es uns ermöglichen, Biologie in einem noch nie dagewesenen Ausmaß zu gestalten, mit einer Präzision, die wir in natürlichen Zellen nicht erreichen können“, erklärte Adamala.
„Wir werden Modelle von Zellprozessen erstellen, sowohl gesunde als auch kranke, um zu verstehen, wie gesunde Zellen besser funktionieren können und wie Krankheiten entstehen“, fügte sie hinzu.
Laut John Glass, Professor und Leiter der Synthetic Biology Group am J. Craig Venter Institute in La Jolla, Kalifornien, ist es möglich, dass Wissenschaftler diesen Meilenstein einer synthetischen Nicht-Spiegelzelle bald erreichen, vielleicht sogar innerhalb eines Jahres. Und wenn eine normale Zelle mit natürlicher Chiralität aus leblosen Molekülen erzeugt werden kann, dann könnte theoretisch auch eine Spiegelbildzelle aus Spiegelbildmolekülen mit denselben Methoden erzeugt werden, so Glass.
Glass erinnerte sich, dass ihn seine ersten Gespräche mit Relman im April 2024 über die potenziellen Risiken des Spiegellebens „erschüttert“ hatten. „Ich fragte mich, ob das, woran ich seit Jahren arbeite, eines Tages zu dem von uns gefürchteten Armageddon auf Basis von Spiegelbakterien führen könnte“, sagte er.
Die meisten Experten sind sich jedoch einig, dass die Herstellung einer synthetischen Zelle mit natürlicher Chiralität sicher ist, da ein aus einer synthetischen Zelle hergestelltes Bakterium, wenn es in eine Umgebung gelangt, den normalen Kontrollmechanismen eines jeden Ökosystems unterliegt und somit eine leichte Beute für natürliche Fressfeinde wie Viren ist, die es auf Bakterien abgesehen haben. Daher könnte es sich nicht unkontrolliert ausbreiten.
Für Glass ist es eine klare rote Linie, dass Wissenschaftler davon Abstand nehmen sollten, ein Spiegel-Ribosom herzustellen – eine biologische Maschine, die im Zytoplasma einer Zelle vorkommt und Proteine herstellt. Auch wenn dieser Fortschritt noch weit von der Herstellung einer Spiegelzelle entfernt wäre, sagte er, dass es zu spät wäre, wenn man stattdessen die Grenze beim letzten Schritt ziehen würde – der Herstellung einer Spiegelmembran und dem anschließenden Zusammenbau aller Bestandteile.
Kay von der University of Utah sieht das jedoch anders. Sein Labor konzentriert sich auf die Verbesserung der chemischen Synthese von Spiegelproteinen, ein Prozess, der derzeit noch sehr ineffizient ist. Als Alternative interessiert er sich für die Erforschung der Herstellung eines Spiegelbild-Ribosoms.
„Die Idee ist, dass wir, wenn wir ein Spiegel-Ribosom herstellen könnten, dieses dann verwenden könnten, um diese Produkte mit viel höherer Qualität und viel längeren Proteinen herzustellen, und zwar auf eine Weise, die mit pharmazeutischer Verwendung kompatibel sein könnte“, erklärte Kay.
„Aber in dieser Gruppe gibt es Bedenken – und ich bin mir derzeit noch unschlüssig –, ob dies ein so wertvolles Werkzeug wäre, dass es die Entwicklung von Spiegel-Leben für andere unvermeidlich oder zu einfach machen würde“, fügte er hinzu.
Wissenschaftliche Zurückhaltung
Adamala entschied sich gemeinsam mit ihren Kollegen, ihre Forschungsförderung nicht zu verlängern, wodurch die Arbeit ihres Labors zu Spiegelzellen beendet wurde. Stattdessen konzentriert sie sich nun auf Diskussionen darüber, wie die Forschung zum Spiegelbildbewusstsein reguliert werden kann.
Nach ihrem Kenntnisstand, so sagte sie, arbeite kein Wissenschaftler an der Schaffung einer Spiegelzelle. Im Februar 2025 unterzeichneten fast 100 Forscher, Geldgeber und politische Entscheidungsträger eine Petition, in der sie argumentierten, dass „Spiegelwesen nicht geschaffen werden sollten, solange zukünftige Forschungen nicht überzeugend belegen, dass sie keine ernsthaften Risiken darstellen“.
Letztendlich reichen Unterschriften und Selbstbeschränkung möglicherweise nicht aus. Adamala, Glass und Relman äußerten alle die Hoffnung, dass ihre Gespräche zu formelleren Beschränkungen oder Richtlinien auf internationaler oder nationaler Ebene führen werden.
Das Treffen in Manchester brachte keine konkreten Ergebnisse, und die entsprechenden Diskussionen wurden im September bei einem Workshop fortgesetzt, der vom Ständigen Ausschuss für Fortschritte und nationale Sicherheitsimplikationen der transdisziplinären Biotechnologie der National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine veranstaltet wurde.
„So ziemlich alle sind sich einig, dass wir keine lebenden Spiegelzellen herstellen sollten. Das ist die Grundvoraussetzung, aber darüber hinaus gibt es viele unterschiedliche Meinungen darüber, wo wir die Forschung stoppen sollten“, sagte Adamala. „Derzeit kann sich die wissenschaftliche Gemeinschaft nicht wirklich auf rote Linien einigen.“
Relman sagte, das Ziel sei es, dass die proaktiven Bemühungen der Gruppe nicht nur den Planeten vor einem Weltuntergangsszenario schützen, sondern auch dazu beitragen könnten, das Vertrauen wiederherzustellen, das Wissenschaftler in den letzten Jahren in der Öffentlichkeit verloren haben.
„Wäre es nicht großartig, wenn wir der Dr. Ian Malcolm aus ‚Jurassic Park‘ sein könnten?“, sagte er und bezog sich dabei auf den fiktiven Mathematiker, der 1993 von Jeff Goldblum in dem Film gespielt wurde und andere Charaktere vor den potenziellen Gefahren ungezügelter wissenschaftlicher Ambitionen warnt. „Wir Wissenschaftler … denken darüber nach, ob wir etwas tun sollten, nicht darüber, ob wir etwas tun könnten.“
