VORWORT

Zu Ostern 2011 sitzen drei junge Leute in der Küche einer viel zu heißen Dachgeschoss-Studentenbude in Freiburg im Breisgau. Sie trinken Kaffee, sie essen Toastbrot mit Nutella, reden viel, gehen zum Bier über, schaben sich ein bisschen Schleimhaut aus dem Mund.

Einer von ihnen heißt Rüdiger Trojok, groß gewachsen, lange dunkelblonde Haare, zum Pferdeschwanz gebunden, Stoppelbart, modische Brille. Er ist damals Biologiestudent, zu seinem Glück noch in einem Diplomstudiengang. Denn Bachelor und Master im Bologna-Korsett entsprechen nicht unbedingt seiner Vorstellung von Wissenserwerb und Jungforscherdasein. Er hat auch nicht unbedingt vor, nach dem Studium zu promovieren und sich mit unsicheren Aussichten zwischen die Mühlsteine der akademischen Karrieremühle zu begeben. Er will Forscher sein, ja. Molekularbiologe sogar, aber er will nach seinen eigenen Vorstellungen forschen. Er will Wissenschaft betreiben, aber nicht als Lakai eines Uniprofs, nicht als Teil eines überbürokratisierten Systems, in dem Strukturen, arrivierte Lehrstuhlinhaber, Interessengruppen, Geldtöpfe und die Gutachter der Deutschen Forschungsgemeinschaft bestimmen, was geforscht wird und was nicht, wer wo einen Job bekommt und wer nicht.

Zu Ostern 2011 findet in Freiburg das statt, was wir in »Biohacking – Gentechnik aus der Garage« später als den »Ersten Deutschen Biohack« bezeichnen werden. Einer der Autoren dieses 2013 im Hanser-Verlag erschienenen Buchs ist mit dabei an jenem Osterwochenende. Er heißt Sascha Karberg, ist ein renommierter Wissenschaftsautor und studierter Biologe, und auch er schabt sich im Mund herum, damit sich ordentlich Schleimhautzellen lösen. Die Dritte im Bunde ist Lisa Thalheim aus Berlin, damals Informatikstudentin, Computerhackerin und ebenfalls angehende Biohackerin. Sie hat sich jedenfalls gebraucht eine Maschine zum Vervielfältigen von Erbmaterial gekauft. Es ist ein Gerät, das ein paar Jahre zuvor noch den Wert einer Doppelhaushälfte in einer deutschen Vorstadt hatte, nun aber für weniger als 1.000 Euro zu haben war. Mit seiner Hilfe soll die DNA aus den Mundschleimhäuten der drei Mitstreiter im ersten deutschen Biohack aufbereitet werden.

Allein dass die damals Beteiligten auch fünf Jahre später noch in Sachen Biohacking unterwegs sind, zeigt, dass es nicht jene wirre Idee war, als die sie anfangs von vielen aus dem Bio-Establishment hingestellt wurde. Lisa etwa ist Organisatorin von Biohacking-Aktivitäten in Berlin. Sascha begleitet das Thema ebenso wohlwollend wie kritisch als Autor und Experte. Und Rüdiger ist heute einer der national und international aktivsten Protagonisten der Do-it-yourself-Biologie und arbeitet zudem als Technikfolgenanalyst auf diesem Gebiet.

Und er hat dieses Buch geschrieben. Es ist kein schneller Hack, sondern das Ergebnis jahrelanger Arbeit. Rüdigers Buch ist nichts anderes als ein Meilenstein. Es ist einerseits eine ganz neue Art von Biologiebuch, weil es Sach- und Lehrbuch und Praxisführer in einem ist. Es ist aber auch eine Standortbestimmung der modernen molekularen Biologie – aus einer Perspektive und für einen Standort, die sonst allzu häufig übergangen werden. Es sind Perspektive und Standort des normalen Bürgers und der normalen Bürgerin, die sich mit der typischen »Hände-weg-nur-gucken-das-ist-alles-eh-zu-kompliziert-und-potenziell-gefährlich-für-euch«-Attitüde vieler Profiforscher, Wirtschaftsvertreter und auch Politiker nicht mehr zufriedengeben wollen.

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Zu der Zeit, als dieses Buch kurz vor der Drucklegung steht, läuft in Paris nicht nur gerade die als entscheidend für die Zukunft des Planeten eingestufte Klimakonferenz. In Washington findet gleichzeitig auch eine Tagung zu den jüngsten Entwicklungen der Gentechnik statt. Es geht dort um Methoden, mit denen man gezielt Gene verändern und Erbanlagen reparieren – aber auch manipulieren – kann. Es ist eine Technik, die es zur Zeit des »Ersten Deutschen Biohacks« überhaupt noch nicht gab, die vier Jahre später aber bereits Standard in Labors weltweit ist. Sie und vieles andere, was heute »moderne Wissenschaft« heißt, sind teuer und bislang nur in Hightech-Labors machbar. Doch andere Techniken, die vor zehn Jahren noch genauso kostspielig wie kompliziert waren, sind heute viel einfacher, billiger oder schlicht als Serviceleistungen zu haben. Sie und die Geräte und Reagenzien dafür passen auch ins Budget eines ganz normalen und normalverdienenden interessierten Bürgers.

Die rasante Entwicklung der Biologie und die finanziell und technisch sinkenden Schwellen, zumindest ein bisschen moderne Biologie zu betreiben, sind zwei der Grundvoraussetzungen für Biohacking, DIY-Biologie, Biofrickeln – oder welche Bezeichnung auch immer einem zusagen mag. Die wichtigste Voraussetzung aber ist ein wachsendes Bewusstsein darüber, welche Implikationen moderne molekulare Biologie hat und noch haben wird: Denn diese sich rasant entwickelnde und in der Praxis immer machbarer werdende Wissenschaft samt ihren Technologien bringt vergleichbare Chancen und Risiken mit sich wie etwa der Klimawandel und die Technologien und Strategien, mit denen die Menschheit ihm begegnen wird. Beides ist etwas, was uns alle betrifft.

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Biohacker geben sich gern locker und sagen, sie wollten doch nur spielen. Das mag oft sogar stimmen. Und wer schon einmal erfolgreich einen Versuch durchgezogen hat – egal ob sich das Labor in der Waschküche in Opas Keller oder an einem renommierten Institut befand –, wird wissen, wie viel Spaß und Befriedigung so etwas bringen kann. Doch Biohacking auf eine Stufe mit Modelleisenbahnbastelei oder selbst dem Heimwerker-Restaurieren von Biedermeierkommoden zu stellen, greift doch zu kurz. Es kann zwar reine Spaßfrickelei mit Molekülen satt mit Lötzinn und Schraubenzieher sein, aber auch viel mehr. Und es hat durchaus Parallelen zum Computerhacking: Biohacking ist nicht die einzige, aber eine der potentesten Möglichkeiten, Technologien und Erkenntnisse, die jeden heute und in Zukunft auf diesem Planeten lebenden Menschen betreffen, zu verstehen, zu nutzen und kennenzulernen – und zu den Betroffenen zu bringen. Beziehungsweise zu holen.

Denn gebracht – von den Habenden – wird nach wie vor wenig. Etablierte Wissenschaftler sind ebenso wie Politiker und Administratoren meist, zurückhaltend formuliert, zurückhaltend. Ihr Wissen können Forscher kaum zurückhalten, denn sie müssen es ja publizieren, sonst ist es nichts mit der Karriere. Aber die Anwendung dieses Wissens oder vielleicht gar die hackertypische Umwidmung von Wissen und Technik zu etwas ganz Neuem durch Amateure, Bastler, Hacker ist ihnen nicht geheuer.

Zwar sollen sich Bürger und Wissenschaft näherkommen – an »Tagen der offenen Tür« und in »langen Nächten« sowie über PR, in die Unis und Institute nicht geringe Ressourcen stecken. Auch »Citizen Science«, in der Bürger tatsächlich selbst bei der Wissenschaft mitmachen sollen, ist in aller Munde. Aber Letzteres bitte direkt kontrolliert und dirigiert und eher im Sinne von Zuträgern, Hiwis, Jägern und Sammlern, die Beobachtungen beisteuern oder Proben nehmen und einschicken. Das ist unerlässlich, wenn man etwa flächendeckend herausfinden will, welche Vögel in deutschen Gärten und welche Bakterien in amerikanischen Feuerlöschteichen wachsen. Alles mit klar verteilten Rollen. Aber Gentechnik aus der Dachkammer oder der Garage? Bitte nicht.

Die biotechnologische Gegenwart ist jedoch kein Wunschkonzert für geladene Gäste aus Academia und Politik. Sie ist ein Fakt voller Fakten. Zu diesen Fakten gehört auch, dass Biotechnologie, je machbarer sie wird, auch machbarer wird für ganz normale Leute mit jeder Menge Ideen. Und von denen kann die eine oder andere vielleicht zu einer echten Innovation führen, auf die ein Profiforscher nie gekommen wäre. Aber natürlich wird sie auch machbarer für solche Leute, die tatsächlich besser die Hände davon lassen sollten.

Es ist ein verständlicher Reflex, aufgrund dieser zuletzt genannten Möglichkeit Verbote zu fordern.

Allerdings zeigt die Geschichte aller Verbote und aller verbotenen chemischen, physikalischen und auch biologischen Bastelei – von aufgebohrten Kraftfahrzeugteilen über Schnapsbrennen bis zum Bombenbau –, dass man Bastelei zwar verbieten, aber nicht verhindern kann. Das gilt ganz speziell auch für die Bastelei mit moderner Technologie: das Hacking von elektronischer Hard- und Software.

Es wird auch gelten für die Bastelei mit der Hard- und Software des Lebens.

Es gibt eine Menge Gründe, Biohacking und DIY-Biologie positiv zu sehen. Der schon erwähnte Spaß, den das alles machen kann, ist einer davon. Die Möglichkeit, dass viel Interessantes, Innovatives, Nützliches herauskommt, wenn sich viele Leute mit begrenzten Mitteln, aber mit unbegrenztem Enthusiasmus und grenzenlosen beruflichen, privaten und intellektuellen Hintergründen jenseits von Institutsmauern und Mainstream-Forschung für etwas einsetzen, ist ein weiterer. Am wichtigsten ist aber vielleicht etwas ganz anderes: Eigentlich alles Neue, das je in der menschlichen Kultur aufgetaucht ist, hatte das Potenzial, sowohl sinnvoll genutzt als auch übel missbraucht zu werden – vom Faustkeil über die Religion und das Morsealphabet bis hin zu den Kräften des Atomkerns und der Demokratie selbst. Und ob die sinnvolle, menschenfreundliche Nutzung die Oberhand behielt oder der Missbrauch, hing von einem ab: ob irgendwelche Eliten sich, soweit sie nur konnten, die Deutungs- und Nutzungsmacht darüber verschafften oder ob alle, die wollten, reellen Zugang bekamen.

Natürlich ist Regulierung nötig. Auch Nitroglyzerin gibt es nicht in Flaschen abgefüllt im Drogeriemarkt zu kaufen und alte Atomkraftwerke nicht bei eBay. Aber Regulierung darf nicht bedeuten, dass »sicherheitshalber« alles verboten wird und dass jede Person, die Biotechnologie, Gentechnik, synthetische Biologie nicht nur auf dem Papier interessant findet, sondern es auch selbst gern einmal probieren würde, gleich als potenzieller Bioterrorist gilt. Das ist auch deshalb logisch, weil die, für die solche Verbote gemacht sind, die wirklichen potenziellen Schadensstifter also, sich ohnehin eher nicht an Verbote halten. Denn sonst gäbe es ja auch keine Raser, Diebe, Steuersünder und Gesetzesbrecher der noch schlimmeren Art.

Und eines ist sicher: Die riesengroße Mehrheit will nichts Böses, sondern nur in Frieden leben, Spaß haben, etwas bewegen und das berechtigte Gefühl haben, mitbestimmen zu können, wohin es mit der Gesellschaft und den sie mitbestimmenden Technologien geht. Und hier liegt jenseits der derzeit tatsächlich meist noch spielerischen Anfänge auch ein großes und gesellschaftlich höchst wichtiges Potenzial zukünftigen Biohackings: Die sicher zu erwartenden bösen Hacks hie und da wird die große Mehrheit – überlegen sowohl in ihrer Zahl als auch in ihrer Intelligenz – mit effektiven Gegenhacks beantworten. Auch hier wird es also nicht anders sein als beim Computerhacking, wo sich die Bösen seit Jahrzehnten nach Kräften bemühen, wo aber die Antwort der Guten nicht nur Katastrophen verhindert, sondern auch die gesamte Technologie in Hard- und Software vorangebracht hat.

Es gibt also nur einen Weg. Wer will, muss Zugang zu diesen vielleicht wichtigsten Technologien dieses Jahrhunderts bekommen. Diejenigen, die sie entwickelt haben und weiterhin entwickeln, egal ob sie an Unis oder in Unternehmen arbeiten, stehen dabei ebenso in der Verantwortung, all das zu begleiten und in die richtigen Bahnen zu lenken, wie die Volksvertreter und Gesetzmacher.

Die Biotechnologie und ihre weitere Entwicklung sind Realität, Tatsache. Biotechnologie lässt sich nicht rückgängig machen, so wenig wie man die Produktion von Stahl verbieten oder einer Tollkirschenpflanze das Wachsen untersagen kann. Und auch das Potenzial ist das gleiche. Mit der Tollkirsche kann man jemanden vergiften, aber auch therapieren, aus Stahl kann man Schwerter schmieden, aber auch Pflugscharen. All das haben wir in unserem oben genannten Buch viel ausführlicher erörtert, als es hier möglich ist. Und auch Rüdiger Trojok geht auf den folgenden Seiten ausführlich auf diese und viele andere wichtige Aspekte ein.

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Rüdiger ist einer der ersten Biohacker überhaupt. Im deutschsprachigen Raum ist er ein absoluter Pionier. Und es ist bezeichnend, dass er und seine Mitstreiter sich von Anfang an mindestens so viele Gedanken über Risiken und Nebenwirkungen und deren Vorbeugung gemacht haben wie über spannende Experimente und intelligente Hacks.

Dieses Buch wird hoffentlich das erste von vielen Büchern zum praktischen und verantwortungsvollen Biohacking sein. Es legt Grundlagen, es ist eine wertvolle, echte Einführung. Es ist ein erster Schritt, Biotech, Gentechnik, synthetische Biologie in die Hände der Bürger zu legen. Es kann ein Grundstein sein für eine neue, echte, moderne und wirklich demokratische – Spaß bringende, aber auch ernsthafte – Bürgerwissenschaft.

Richard Friebe

Berlin, im Januar 2016

ÜBER DIESES BUCH

Seit einigen Jahren entwickelt sich eine globale Szene aus Bürgerwissenschaftlern, die sich mit der modernen Biologie befassen. Deren Arbeit wurde allgemein als Biohacking bekannt. Für alle Interessierten und Neueinsteiger in das Thema soll dieses Buch als Leitfaden dienen. Das Buch ist in drei Abschnitte aufgeteilt: Theorie, Praxis und Perspektive.

Im ersten Abschnitt, »Theorie«, geht es um das grundlegende Weltverständnis aus molekularbiologischer Perspektive. Angefangen mit dem Beginn des Lebens, wird der Verlauf der Evolution in groben Zügen nach dem heutigen Wissensstand erklärt. Von Bakterien über die Entstehung der Fotosynthese bis hin zu höheren Lebewesen wird anhand von Beispielen illustriert, wie es zu der Vielfalt der heutigen Natur gekommen ist. Nachdem der zeitliche Verlauf geklärt ist, weitet sich der Blick auf das Ökosystem aus, und es wird versucht, die Mechanismen der Evolution und wie die DNA verbreitet wird zu erklären. Anschließend zoomt der Blick ins Molekulare. Um zu verstehen, wie die Natur tickt, werden die Bestandteile der Biomasse und die physikalischen Regeln, nach denen sich diese organisiert, in einfachen Worten beschrieben. Eine Übersicht über den molekularen Baukasten des Lebens dient als Grundlage der digitalen und analogen Biologie. Hier wird der Zusammenhang zwischen dem digitalen Code des Lebens – der DNA – und den analogen Proteinen und Zellbestandteilen hergestellt. Im Detail wird der Mechanismus beschrieben, wie die Zelle von einer abstrakten DNA-Sequenz zu einem komplexen Enzym gelangt.

Im zweiten Abschnitt, »Praxis«, geht es darum, wie man das theoretische Wissen des ersten Teils anwendet. Denn Leben kann man programmieren. Mithilfe moderner Software kann die Synthetische Biologie den digitalen Code des Lebens umschreiben. Anhand eines praktischen Beispiels wird vorgeführt, wie man dabei vorgeht. Um die im Computer entworfene DNA-Sequenz in eine Zelle einzufügen, ist eine Reihe von praktischen Arbeitsschritten nötig. In acht Schritten wird gezeigt, wie man synthetische DNA herstellt, in die Zelle einfügt und den Code in der Zelle ausführt. Um diese Schritte auszuführen, benötigt man ein Labor. Es werden alle relevanten Geräte und ihre Funktionsweisen sowie die Laborgrundausstattung und die nötigen Reagenzien erklärt, und es werden Hinweise gegeben, wie man sich die nötige Ausrüstung selbst beschaffen kann.

Im dritten Abschnitt, »Perspektive«, wird eine gesellschaftliche Diskussion eröffnet, wie man mit diesem Wissen und den sich ergebenden technischen Möglichkeiten sinnvoll umgehen kann. Die moderne Auffassung des Lebens und die tiefer gehenden Eingriffsmöglichkeiten werden das Verhältnis von Mensch und Natur grundsätzlich verändern. Beim jetzigen Stand der Technik ist das Umprogrammieren von Organismen zwar noch verhältnismäßig aufwendig, ein Ausblick auf die aktuelle exponentielle Entwicklung der DNA-Sequenzier- und -Synthesetechnologie sowie die fortschreitende Laborautomation deutet eine andere Zukunft an. Labors werden bald miniaturisierte computergesteuerte Chips sein, die überall dezentral zum Einsatz kommen können. Gendatenbanken werden dann die wichtigste Ressource darstellen – doch wo liegen die Grenzen dieser globalen Synthetischen Biologie?

Bürgerwissenschaftler haben sich zur Beantwortung dieser Frage mit Bioethik, den gesetzlichen Regelungen zur Biosicherheit und den Konzepten zu geistigem Eigentum befasst. Einige werfen nun die Frage auf, wer das allgemein verfügbare Wissen über die modernen Biowissenschaften zu welchem Zweck einsetzen kann. Neue Akteure, die zunehmende Verbreitung der Technologie und wirtschaftliche Interessen müssen daher in Zukunft mit ethischen Standards und Sicherheitsforderungen in Einklang gebracht werden.

Dieses Buch ist in der Überzeugung geschrieben, dass Forschung und Wissenschaft nicht nur von einer akademischen Elite betrieben werden sollten, sondern alle Bürger Zugang zu wissenschaftlichen Quellen, Techniken und Materialien haben sollten. Jeder sollte sich als Forscher betätigen können, unabhängig von Vorbildung oder Zugehörigkeit zu einem etablierten Forschungsinstitut bzw. kommerziellen Labor.

»Kunst und Wissenschaft, Forschung und Lehre sind frei.«¹

1Auszug aus dem Grundgesetz für die Bundesrepublik Deutschland, Artikel 5, Absatz 3, http://www.gesetze-im-internet.de/gg/art_5.html

INHALT

I. THEORIE

1. EVOLUTION

1.1 Der Beginn des Lebens

1.2 Prokaryoten

1.3 Fotosynthese

1.4 Eukaryoten

1.5 Vielzeller

2. ÖKOSYSTEM

2.1 Mechanismen der Evolution

2.2 Vertikaler Gentransfer

2.3 Horizontaler Gentransfer

3. BIOMASSE

3.1 Bausteine des Lebens

3.2 Die Physik der Biologie

4. DIGITALE BIOLOGIE

4.1 DNA und RNA

4.2 DNA-Replikation

5. VON DIGITAL ZU ANALOG

5.1 Transkription

5.2 Translation

6. ANALOGE BIOLOGIE

6.1 Proteine

6.2 Proteom und Stoffwechsel

6.3 Membranen

II. PRAXIS

7. SOFTWARE

7.1 Synthetische Biologie

7.2 Leben programmieren

7.3 Das Lac-Operon

7.4 Proteindesign

8. WETWARE

8.1 Ein Bakterium als Fabrik

8.2 Zellprogrammierung in acht Schritten

8.3 Gelelektrophorese

9. HARDWARE

9.1 Das Labor

9.2 Grundausstattung

9.3 Geräte für den Klonierzyklus

9.4 Geräte für die Gelelektrophorese

9.5 Weitere Hacks

III. PERSPEKTIVE

10. TECHNOLOGIEENTWICKLUNG

10.1 DNA-Sequenzierung

10.2 DNA-Synthese

10.3 Laborautomation

10.4 Datenbanken

10.5 Grenzen der Synthetischen Biologie

11. WISSENSCHAFT, KUNST UND GESELLSCHAFT

11.1 Biologen

11.2 Bürgerwissenschaft

11.3 Die DIYbio-Szene

11.4 Bioart

11.5 Zur Freiheit der Wissenschaft

11.6 DIYbio und Gesellschaft

12. ETHIK UND RECHT

12.1 Bioethik

12.2 Biologische Sicherheitsstufen

12.3 Selbstklonierung

12.4 Patente auf Gene

12.5 Open-Source-Biotechnologie

13. ZUKUNFT

13.1 Infrastruktur und Sicherheit

13.2 Bio-Commons

13.3 Szenarien

IV. ANHANG

ABKÜRZUNGEN

GLOSSAR

BILDNACHWEIS

INDEX