In einer Studie, die im Laufe des Sommers durchgeführt wurde, trank eine Gruppe von Freiwilligen eine weiße, pfefferminzartige Zubereitung, die mit Milliarden von Bakterien versetzt war. Die Mikroben wurden entwickelt, um ein natürlich vorkommendes Gift im Blut abzubauen.

Die überwiegende Mehrheit von uns kann dies ohne jegliche Hilfe tun. Aber für diejenigen, die es nicht können, können diese Mikroben eines Tages zu einer lebenden Medizin werden.

Die Studie markiert einen wichtigen Meilenstein in einem vielversprechenden wissenschaftlichen Bereich, der als Synthetische Biologie bekannt ist. Vor zwei Jahrzehnten begannen die Forscher, an Lebewesen zu basteln, wie Ingenieure an der Elektronik.

Sie nutzten die Tatsache, dass Gene in der Regel nicht isoliert funktionieren. Stattdessen arbeiten viele Gene zusammen, aktivieren und deaktivieren sich gegenseitig. Synthetische Biologen manipulierten diese Kommunikation und schufen Zellen, die auf neue Signale reagieren oder auf neue Weise reagieren.

Bislang waren die größten Auswirkungen die Industrie. Unternehmen verwenden technische Bakterien als Miniaturfabriken, die komplexe Moleküle wie Antibiotika oder Verbindungen zur Herstellung von Kleidung zusammensetzen.

In den letzten Jahren haben jedoch eine Reihe von Forschungsteams ihre Aufmerksamkeit nach innen gelenkt. Sie wollen mit Hilfe der synthetischen Biologie Mikroben modellieren, die in unseren Körper gelangen und uns von innen behandeln.

Die bakterielle Zubereitung, die Freiwillige in diesem Sommer tranken – getestet von der Firma Synlogic – könnte die erste synthetisch-biologische medizinische Behandlung sein, die die Zulassung der Food and Drug Administration erhalten hat.

Die Bakterien sollen eine seltene Erbkrankheit namens Phenylketonurie oder PKU behandeln. Menschen mit dieser Erkrankung müssen Nahrungsprotein in Lebensmitteln wie Fleisch und Käse vermeiden, da ihr Körper ein Nebenprodukt, eine Aminosäure namens Phenylalanin, nicht abbauen kann.

Da sich Phenylalanin im Blut ansammelt, kann es Neuronen im Gehirn schädigen, was zu verzögerter Entwicklung, geistiger Behinderung und psychiatrischen Störungen führt. Die traditionelle Behandlung der PKU ist eine strenge proteinarme Ernährung, die von Shakes mit Nahrungsergänzungsmitteln begleitet wird.

Aber in Experimenten an Mäusen und Affen zeigten die Bakterien von Synlogic als alternative Behandlung vielversprechend. Am Dienstag gaben Unternehmensprüfer positive Ergebnisse einer klinischen Studie mit gesunden Probanden bekannt.

Die Forscher führen nun eine Studie an Menschen mit PKU durch und erwarten, im nächsten Jahr erste Ergebnisse zu berichten.

Tal Danino, ein synthetischer Biologe an der Columbia University, sagte, dass eine Reihe anderer Forscher an ähnlichen Projekten arbeiten, aber niemand ist so schnell vorangekommen wie Synlogic. “Sie führen die Anklage an”, sagte er.

James J. Collins, einer der Mitbegründer von Synlogic und Synthetischer Biologe am M.I.T., veröffentlichte im Jahr 2000 einen der ersten Proof of Principle der Synthetischen Biologie.

Er und seine Kollegen statteten E. coli-Bakterien mit einer Möglichkeit aus, ein Gen ein- und auszuschalten, wenn sie bestimmten Chemikalien ausgesetzt waren – “wie ein Lichtschalter für Gene”, sagte Dr. Collins in einem Interview.

Zuerst stellten sich die Wissenschaftler vor, neu verkabelte Bakterien als Umgebungssensoren zu verwenden – vielleicht um biologische Waffen aus der Luft zu erkennen und als Reaktion darauf ein chemisches Signal zu erzeugen.

Aber dann kam das Mikrobiom.

Mitte der 2000er Jahre begannen Mikrobiologen, unsere innere Menagerie der Mikroben zu kartieren, die große Vielfalt der Organismen, die in gesunden Menschen leben. Das Mikrobiom führt kontinuierlich eine komplexe Biochemie durch, die uns teilweise vor Krankheiten schützt, fanden Wissenschaftler.

Synthetische Biologen fragten sich bald, ob sie der Mischung künstliche Bakterien hinzufügen könnten – vielleicht als interne Sensoren für Krankheitszeichen oder sogar als darmbasierte Fabriken, die Medikamente herstellen, die der Körper braucht.

“Man kann die Auswirkungen der Mikrobiomarbeit nicht überschätzen”, sagt Jeff Hasty, ein ehemaliger Student von Dr. Collins, der heute sein eigenes Labor an der University of California, San Diego, betreibt. “Das hat, kurz gesagt, alles verändert.”

Dr. Collins und Timothy K. Lu, ein weiterer Synthetischer Biologe bei M.I.T., gründeten Synlogic 2013 mit, und das Unternehmen begann, nach Krankheiten zu suchen, die es zu akzeptieren gilt. Einer ihrer Schwerpunkte war die PKU, von der 16.500 Menschen in den USA betroffen sind.

Seit kurzem sind Medikamente erhältlich, die den Phenylalaninspiegel senken können. Aber sie arbeiten nur bei einem Bruchteil der Patienten, und sie kommen mit eigenen Nebenwirkungen.

“Die derzeitigen Instrumente, die wir zur Verfügung haben, sind nicht gut genug”, sagte Christine S. Brown, die Geschäftsführerin der National PKU Alliance.

Seit Jahren beschäftigen sich die Forscher mit der Behandlung der PKU durch Gentherapie und hoffen, funktionierende Versionen des defekten Gens, genannt PAH, in die eigenen Zellen eines Patienten einzubringen. Aber bisher ist der Ansatz nicht über die Studien an Mäusen hinausgegangen.

Ein Transmissionselektronenmikroskopie-Bild von Synlogics neu entwickelten Bakterien. CreditW.M.Keck Biological Imaging Facility, The Whitehead Institute

Für Synlogic sah die PKU wie eine reife Gelegenheit aus, die synthetische Biologie zu nutzen, um eine Behandlung zu entwickeln, die die Zustimmung der Regierung finden könnte.

Forscher aus den Unternehmen wählten einen harmlosen Stamm von E. coli aus.