Wir schreiben das Jahr 2036. Ein Wissenschaftsteam arbeitet daran, eine neue Klasse von Medikamenten zu entwickeln. Diese beruhen auf spiegelbildlichen Versionen jener Moleküle, mit denen unser Körper Krankheiten bekämpft. Der große Vorteil: Die Spiegelmoleküle verweilen länger im Organismus, weil sie wegen ihrer seitenverkehrten Molekülgeometrie nicht von körpereigenen Enzymen erkannt und zerstört werden. Erste klinische Studien verlaufen vielversprechend. Die Spiegelmoleküle wirken wie gewünscht, und das Team will ihre Produktion hochfahren.

Dafür nutzt die Forschungsgruppe gentechnisch erzeugte Spiegelbakterien – Zellen, die komplett aus gespiegelten Molekülen bestehen. Ihr gesamter Stoffwechselapparat ist »von links auf rechts gedreht« und so ausgelegt, dass er die gewünschten Spiegelmoleküle in großen Mengen herstellt. Die Wissenschaftler entscheiden sich dafür, eine gespiegelte Form des Bakteriums Escherichia coli einzusetzen.

Die Arbeiten laufen gut und gehen voran. Doch in einem unaufmerksamen Moment vergisst eine Forscherin mit einer kleinen Wunde am Daumen, ihre Handschuhe anzuziehen. Sie berührt eine Oberfläche, die mit einigen wenigen Spiegel-E.-coli verunreinigt ist. Die Mikroben gelangen in ihr Blut.

Unter normalen Umständen wäre das nicht der Rede wert – das körpereigene Immunsystem würde die paar eingedrungenen Bakterien rasch vernichten. Doch auf die spiegelverkehrten Mikroben reagiert es nicht, weil es deren umgestülpte Oberflächenmoleküle nicht als Bestandteile von Krankheitserregern erkennt. Die Bakterien vermehren sich daher ungehindert im Organismus der Frau. Nach einigen Tagen wird die Forscherin schwer krank und in die Klinik eingeliefert, wo sie hoch dosierte Antibiotika bekommt. Doch die können das Versagen ihres Immunsystems nicht kompensieren. Drei Tage später stirbt die Frau.

Unterdessen haben sich die ungewöhnlichen Erreger bereits in der Umwelt verteilt. Die Kinder der Forscherin sind ebenfalls mit den Spiegelbakterien infiziert worden und tragen sie in die Schule. Die Familienkatze, die sich beim Schmusen angesteckt hatte, schleppt die Keime in den Garten und kontaminiert die Erde damit. Würmer und Insekten infizieren sich und verbreiten die Mikroben in der Nachbarschaft. Immer mehr Menschen erkranken. Viele von ihnen reisen und nehmen die Spiegelbakterien an weit entfernte Orte mit. Eine Pandemie beginnt, die sich exponentiell um den Globus ausbreitet und zahllose Opfer fordert.

Viel näher an der Realität, als uns lieb ist

Klingt wie ein gruseliger Science-Fiction-Film? Mag sein. Aber dieses Szenario ist näher an der Realität, als viele glauben möchten.

Technologien, die es in den kommenden Jahrzehnten ermöglichen könnten, Spiegelzellen zu erzeugen, schreiten derzeit rasant voran. Biochemiker stellen immer komplexere Spiegelbildversionen von Biomolekülen her – darunter künstliche Enzyme, die seitenverkehrte RNA produzieren. Vermutlich wird das auch mit DNA schon bald gelingen. Gleichzeitig kommt man dem Ziel stetig näher, synthetische Bakterienzellen aus molekularen Bausteinen zusammenzusetzen. Wenn diese beiden Forschungsstränge zusammenlaufen, könnten Fachleute dazu in der Lage sein, Spiegelbakterien zu konstruieren.

Vor etwas mehr als einem Jahr habe ich gemeinsam mit 37 Kolleginnen und Kollegen einen warnenden Text im Fachjournal »Science« veröffentlicht, in dem wir auf das Thema aufmerksam machen und fordern, gefährliche Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet zu stoppen. Doch wie lässt sich kontrollieren, was in Dutzenden Labors zahlreicher Länder rund um den Globus stattfindet? Von der Antwort darauf hängt es ab, ob es uns gelingen wird, die drohende Katastrophe rechtzeitig abzuwenden.

Fast alle wichtigen Biomoleküle in unserem Organismus besitzen ein spiegelbildliches Pendant

Die ersten Erkenntnisse zu spiegelbildlichen Molekülen gehen zurück auf das Jahr 1848, als der junge Chemiker Louis Pasteur (1822–1895) an der Französischen Akademie der Wissenschaften in Paris eine bemerkenswerte Entdeckung vorstellte. Er hatte die Kristalle einer Säure untersucht, die in Weinen enthalten ist, und herausgefunden: Die Säuremoleküle existieren in zwei Formen, die chemisch identisch sind – also die gleichen atomaren Bausteine und dieselben Bindungen aufweisen –, sich zueinander aber wie Bild und Spiegelbild verhalten.

Die gleichen Bestandteile, doch anders herum angeordnet

Am einfachsten lässt sich dieses Prinzip an unseren Händen demonstrieren. Halten wir die rechte neben die linke, während die Handrücken nach oben weisen, sehen wir bei beiden die gleichen Bestandteile (Finger, Handteller, Handrücken und so weiter), doch jeweils andersherum angeordnet. Es ist nicht möglich, unsere linke Hand so zu drehen, dass sie geometrisch mit der rechten übereinstimmt.

Fast alle wichtigen Biomoleküle in unserem Organismus besitzen ein derartiges spiegelbildliches Pendant. Fachleute sagen dazu, die Moleküle seien »chiral«. Von perfekt symmetrischen Molekülen hingegen lassen sich nur Spiegelbilder erzeugen, die geometrisch deckungsgleich mit ihnen sind – sprich, nach einer Drehung im Raum wieder komplett mit der Originalform übereinstimmen. Solche Moleküle heißen »achiral«.

Die chiralen Biomoleküle unseres Körpers haben also eine »linkshändige« sowie eine »rechtshändige« Form. Meist kommt nur eine dieser Formen in Lebewesen vor. Unsere Erbmoleküle DNA und RNA etwa treten nur in der rechtshändigen Form auf. Dagegen sind von den 20 Standardaminosäuren, aus denen sich die Proteine zusammensetzen, 19 linkshändig. Allerdings gibt es keinen zwingenden Grund dafür, es könnten genauso gut auch nur rechtshändige sein.

Bakterielle Zellwände etwa enthalten rechtshändige Aminosäuren wie D-Alanin, D-Methionin und D-Leucin. Andere werden heute routinemäßig in Laboren hergestellt, oft als vielversprechende Arzneistoffkandidaten für neue Medikamente. Ihre spiegelverkehrte Struktur führt dazu, dass sie von körpereigenen Enzymen nicht so schnell abgebaut werden. Es spricht nichts gegen die Annahme, dass außerirdische Organismen existieren könnten, die vollständig aus rechtshändigen Aminosäuren bestehen. Interessanterweise finden sich auf Himmelskörpern wie dem Asteroiden Bennu sowohl die links- als auch die rechtshändigen Versionen entsprechender Biomoleküle in nahezu gleichen Mengen.

Die tödlichsten Mikroben, die es je geben könnte

Wissenschaftler haben sogar schon komplette Spiegelproteine erzeugt, die sich aus rechtshändigen Aminosäuren zusammensetzen. 1993 stellten Forscher an der Johns Hopkins University eine rechtshändige Version des normalerweise linkshändigen Proteins Rubredoxin her. In den folgenden Jahrzehnten gab es noch weitere ähnliche Arbeiten. 2022 beispielsweise meldete ein Forschungsteam um Ting Zhu von der National Natural Science Foundation of China, Teile eines spiegelverkehrten Enzyms erzeugt zu haben, das ebensolche RNA-Moleküle produziert. Ein entscheidender Schritt, denn RNA liefert die Bauanleitungen für die zelluläre Proteinsynthese und erfüllt im Zellstoffwechsel viele zentrale Aufgaben. Solche Forschungsarbeiten bringen uns der Möglichkeit, ein Spiegelbakterium zu konstruieren, auf gefährliche Weise näher.

Spiegelbakterien wären wahrscheinlich die tödlichsten Mikroben, die es je gegeben hat. Sie könnten viele Nährstoffe verwerten, die in der natürlichen Umwelt vorkommen, beispielsweise Glycin und diverse Fettsäuren, da diese achiral sind. Zugleich wären sie weitgehend immun gegen potenzielle Fressfeinde wie Viren oder Protozoen, die Bakterienpopulationen normalerweise eindämmen. Denn solche Räuber haben sich über Jahrmillionen hinweg darauf spezialisiert, ihre Beute anhand von Oberflächenmolekülen zu identifizieren – und die sind üblicherweise chiral. Die Spiegelversion eines bakteriellen Oberflächenproteins würden Viren und Protozoen nicht als anzugreifende Struktur erkennen.

Genauso erginge es den Zellen unseres Immunsystems: Sie würden Spiegelbakterien nicht als Krankheitserreger wahrnehmen, die es zu bekämpfen gilt. Infektionen mit solchen Erregern wären deshalb extrem gefährlich – sowohl für Tiere einschließlich des Menschen als auch für Pflanzen. Spiegelzellen würden sich aller Wahrscheinlichkeit nach rasend schnell verbreiten, in kürzester Zeit diverse ökologische Nischen erobern und dabei ständig Mutationen erwerben, die sie dazu befähigen, neue Nahrungsquellen zu erschließen und somit noch gefährlicher zu werden. Sie würden sehr rasch außer Kontrolle geraten und zu einem dauerhaften Quell tödlicher Infektionen avancieren.

Spiegelbakterien wären vermutlich so robust wie ihre natürlichen Pendants

Als ich zum ersten Mal von diesem Szenario hörte, hielt ich es für reine Science-Fiction. Ich war überzeugt davon, eine künstlich erzeugte Spiegelzelle wäre viel zu fragil, um in einer natürlichen Umwelt zu überleben. Die bisherigen Versuche, synthetische Zellen zu konstruieren, haben hochempfindliche Gebilde hervorgebracht, die außerhalb einer Laborumgebung kaum existieren können. Für Spiegelzellen – so dachte ich – sollte das erst recht gelten. Wovon würden sie sich beispielsweise ernähren? Die meisten Nährstoffe, die in natürlichen Ökosystemen vorkommen, sind chiral, und der Stoffwechsel natürlicher Zellen ist auf ihre Verwertung spezialisiert. Würden Spiegelbakterien mit ihren seitenverkehrten Proteinen nicht einfach verhungern, sobald sie das Labor verlassen, weil sie natürliche Nährstoffe nicht verdauen können?

Als meine Kollegen und ich uns intensiver mit dieser Frage beschäftigten, stellten wir fest, dass wir mit unseren anfänglichen Vermutungen völlig falsch gelegen hatten. Es gibt da draußen zahlreiche achirale Nährstoffe, die Spiegelbakterien problemlos verwerten könnten. Experimente haben gezeigt, dass normale E.-coli-Bakterien ausschließlich von achiralen Substanzen leben können. Auf Spiegelbakterien würde das höchstwahrscheinlich genauso zutreffen.

Außerdem wären Spiegelorganismen nicht zwangsläufig so empfindlich wie die derzeitigen Ergebnisse unserer Versuche, synthetische Zellen zu erschaffen. Nehmen wir etwa die modifizierten Zellen mit Minimalgenom, die mein Kollege John Glass und sein Team am John-Craig-Venter-Institute konstruiert haben. Oder die Einzeller mit umcodierter DNA, die ein Forschungsteam um George Church von der Harvard University erzeugt hat. Solche künstlichen Mikroben sind das Ergebnis Tausender molekularer Eingriffe, die den Zellorganismus schwächen. Spiegelbakterien dagegen, die sich im Prinzip aus den gleichen Molekülen zusammensetzen wie ihre »normalen« Gegenstücke, nur eben mit anderer Händigkeit, wären vermutlich genauso robust wie ihre natürlichen Pendants.

Ein zweiter Stammbaum des Lebens

Was würde passieren, wenn Spiegelbakterien auch nur eine winzige Nische in einem natürlichen Ökosystem besetzen könnten? Mögliche Antworten darauf hat der Evolutionsbiologe Richard Lenski gefunden. In Experimenten zeigte er, dass Kulturen mit genetisch identischen E.-coli-Bakterien, die täglich mit Glukose gefüttert werden, sich evolutionär rasch weiterentwickeln – und zwar in verschiedene Richtungen. Die Bakterien diversifizieren sich und bilden bereits nach kurzer Zeit genetisch unterscheidbare Populationen.

Meine eigenen Versuche mit infektiösen Bakterien haben ergeben: Eine dauerhafte Diversifizierung anfangs identischer Populationen kann sich schon nach wenigen Hundert Generationen einstellen. Das gilt wahrscheinlich ebenso für Spiegelbakterien. Man hätte damit einen zweiten »Stammbaum« des Lebens erschaffen, der unaufhaltsam weiter evolvieren und dabei nach und nach in alle Ökosysteme vordringen würde. Ein zufälliger Laborunfall könnte so eine unumkehrbare weltweite Katastrophe auslösen.

Gegenüber Spiegelbakterien wären die Strategien unserer Körperabwehr wohl nutzlos

Menschen wären dem weitgehend schutzlos ausgeliefert. So hält zwar unser Mikrobiom viele Krankheitserreger in Schach, mit denen wir in Berührung kommen: Einige Mikroben, die uns besiedeln, produzieren antibakterielle Stoffe; andere fördern Abwehrreaktionen unseres Immunsystems. Doch gegenüber Spiegelbakterien wären diese Strategien wohl nutzlos. Die Zellen unseres Mikrobioms würden deren seitenverkehrte Oberflächenstrukturen wahrscheinlich nicht erkennen und somit auch keine Maßnahmen dagegen einleiten. Und selbst wenn sie wider Erwarten antibakterielle Stoffe ausschütten sollten, würden diese Substanzen nicht an die spiegelverkehrten Oberflächenmoleküle der künstlichen Bakterien koppeln – und somit nicht wirken.

Unser Immunsystem selbst mit seinen vielfältigen, gestaffelten Abwehrmaßnahmen würde aus den gleichen Gründen scheitern. Neutrophile und Makrophagen beispielsweise, Zellen der angeborenen Immunabwehr, »fressen« bakterielle Eindringlinge normalerweise und zerstören sie, indem sie sie mit chiralen Enzymen in ihre Bestandteile zerlegen. Doch die umgestülpten Moleküle eines Spiegelbakteriums passen nicht in die aktiven Stellen dieser Enzyme – so, wie eine rechte Hand nicht in einen linken Handschuh passt.

Unsere erworbene Immunabwehr wäre ebenso hilflos. Sie wird immer dann aktiv, wenn sie Eiweißbruchstücke von Krankheitserregern gezeigt bekommt, und zwar von bestimmten Immunzellen, die solche Bruchstücke mithilfe von MHC-II-Proteinkomplexen auf ihrer Oberfläche präsentieren. Das setzt aber voraus, dass die entsprechenden Eiweiße in kleinere Teile zerschnitten werden – was bei spiegelverkehrten Molekülen nicht geschehen würde, weil die körpereigenen Enzyme sie nicht aufspalten könnten. Es lässt sich heute noch nicht experimentell untersuchen, wie eine Infektion mit Spiegelbakterien verlaufen würde. Wir kennen aber Menschen, bei denen aufgrund von Erkrankungen die MHC-II-Proteinkomplexe nicht funktionieren. Diese Personen sterben oft schon im Kindesalter an alltäglichen Infektionen. Das Gleiche könnte für Menschen gelten, die sich mit Spiegelbakterien anstecken – nur dass es bei ihnen noch schlimmer käme, weil nicht bloß der MHC-II-Mechanismus ausfiele, sondern darüber hinaus noch diverse andere Prozesse der Immunabwehr.

Als wäre das gesamte Immunsystem abgeschaltet

Eine Infektion mit Spiegelbakterien würde unseren Körper wahrscheinlich überwältigen. Angesichts einer wirkungslosen Immunabwehr und eines fehlenden Wettbewerbs mit den Zellen unseres Mikrobioms würden die synthetischen Bakterien sich rasend schnell vermehren, das Blut überschwemmen und überall im Organismus neue Kolonien bilden. Sie kämen in unserem Körper an genügend achirale Nährstoffe, um sich zu versorgen, und würden nach und nach vermutlich auch die Fähigkeit erwerben, chirale Nährstoffe mit »normaler« Händigkeit zu verwerten. Unser Körper würde sich zu einer gigantischen Petrischale entwickeln, oder vielmehr zu einem ungeschützten Haufen Fleisch, als wäre das gesamte Immunsystem abgeschaltet. Vermutlich käme es in kürzester Zeit zu einer schweren Sepsis mit tödlichem Ausgang.

Doch das wäre noch nicht alles. Auf, über und unter der Erdoberfläche leben überall Bakterien und vermehren sich: Millionen in einem Milliliter Ozeanwasser, Milliarden in einem Gramm Boden. Hätten sie keine natürlichen Feinde, könnten sie den gesamten Planeten überwuchern. In Schach gehalten werden sie vor allem von Bakteriophagen, also Viren, die Bakterien befallen. Die Phagen erkennen und besetzen bestimmte Proteinstrukturen auf den Oberflächen der Bakterien. Der Vorgang ist ein wenig so, als ob man einen Schlüssel in ein Schloss steckt. Bei Spiegelbakterien würde dieser Mechanismus versagen, weil der Schlüssel nicht passt. Selbst wenn es einem Phagen zufällig gelänge, ein Spiegelbakterium zu infizieren, könnte er sich darin nicht vermehren, denn sein molekularer Vervielfältigungsapparat wäre darauf nicht eingestellt.

»Wir müssen rote Linien ziehen für jegliches Projekt, das auf die Herstellung von Spiegelorganismen abzielt«Vaughn S. Cooper, Evolutionsbiologe

Amöben und andere räuberische Einzeller könnten Spiegelbakterien ebenso wenig erkennen oder verdauen. Ihr gesamter Stoffwechsel beruht auf chiralen Prozessen. Pflanzen und Tiere hätten infektiösen Spiegelbakterien ebenfalls nichts entgegenzusetzen.

Die ökologischen Folgen wären enorm. Cyanobakterien etwa erzeugen Energie aus Sonnenlicht und CO₂ und benötigen hierfür kaum chirale Nährstoffe. Ihre gespiegelten Varianten würden dasselbe tun – jedoch ohne natürliche Gegner und deshalb bei weitaus stärkerer Vermehrung. Sie würden die normalen Bakterienpopulationen verdrängen, indem sie ihnen kritische Nährstoffe wie Eisen und Phosphor entziehen. Das wiederum würde zu einem Kollaps des marinen Planktons führen, welches sich von solchen Bakterien ernährt. Die Folge wäre ein umfassender Zusammenbruch der marinen Nahrungsnetze.

Rote Linien für die Forschung

Wie verhindern wir ein derartiges Horrorszenario? Im Juni 2025 kamen mehr als 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener Disziplinen in Paris zusammen, um genau das zu erörtern. Die Einigkeit war groß: Spiegelorganismen dürfen niemals entstehen. Wir brauchen Gesetze, die ihre Erzeugung verbieten, und müssen rote Linien ziehen für jegliches Projekt, das auf ihre Herstellung abzielt. Forschungsförderer dürfen keine Arbeiten unterstützen, die klar in diese Richtung gehen – genauso, wie sie es heute ablehnen, das Klonen von Menschen zu finanzieren.

Im Hinblick auf Spiegelbakterien war ich anfangs skeptisch, dann irritiert und später ernsthaft besorgt. Heute bin ich optimistisch, dass wir die Gefahr abwenden können. Und zwar deshalb, weil wir sie früh erkannt haben.

Ja, Wissenschaftler stellen bereits kleine Moleküle mit unnatürlicher Händigkeit her. Doch eine funktionsfähige Spiegelzelle zu bauen, ist sehr viel schwieriger. Man müsste längere und immer längere chirale Biomoleküle synthetisieren und daraus einen unvorstellbar komplizierten Apparat von Grund auf neu zusammensetzen – einschließlich riesiger molekularer Maschinen wie Ribosome und weitere makromolekulare Komplexe. Obwohl seit den frühen 1990er-Jahren, also seit bald 35 Jahren, intensiv daran geforscht wird, ist es noch niemandem gelungen, eine vollständige Zelle synthetisch zu erschaffen. Fachleute schätzen, dass dafür ein Projekt nötig wäre, das mit vergleichbarem Aufwand und ähnlichem Ressourceneinsatz betrieben würde wie das Humangenomprojekt – also eines mit Milliardenbudget und Tausenden beteiligten Forscherinnen und Forschern. Die damit verbundenen Hürden sind ein großer Vorteil: Sie geben uns die Chance zu handeln, bevor die Technologie real wird.

Eine historische Chance

Es gibt nur wenige historische Beispiele dafür, dass die Wissenschaft technologische Probleme erkennt und verhindert, bevor sie auftreten. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wurden erst verboten, nachdem sie bereits die Ozonschicht beschädigt hatten. Der Arzneistoff Thalidomid, enthalten im Medikament Contergan, wurde erst gestoppt, nachdem Tausende Kinder mit schweren Fehlbildungen geboren worden waren. Das Russell-Einstein-Manifest, das sich für eine massive Dezimierung der Nuklearwaffenbestände aussprach, erschien erst nach diversen Kernwaffentests und dem zweimaligen Einsatz solcher Waffen im Krieg.

Doch dieses Mal sind wir früh dran.

Neben einem Moratorium für die Entwicklung von Spiegelzellen brauchen wir internationale Kontrollsysteme, mit denen sich die Herstellung und Verbreitung von Spiegelmolekülen überwachen lassen. Zu den Aufgaben solcher Institutionen würde es gehören, einen Alarm auszulösen, wenn Labore oder staatliche Akteure eine ungewöhnliche Menge derartiger Moleküle anhäufen würden – so wie es heute bei Bestandteilen von chemischen oder nuklearen Waffen geschieht.

Gleichzeitig sollten wir die Forschung hierzu nicht komplett einschränken. Manche Arbeiten an chiralen Substanzen, die im Rahmen der synthetischen Biologie erfolgen, könnten neue und wirksamere Medikamente ermöglichen. Vielleicht wäre es sinnvoll, Forscherinnen und Forschern zu erlauben, mit Spiegelsubstanzen geringer Molekülgröße zu arbeiten, aber die Herstellung oder Lagerung entsprechender Moleküle jenseits einer gewissen Größe zu verbieten.

Es wird uns nicht in einem Anlauf gelingen, alle notwendigen Grenzwerte festzulegen und das Problem vollständig zu lösen. Viel Arbeit liegt vor uns, um gute internationale Regelwerke zu entwickeln. Aber es hat mich ermutigt, zu sehen, wie rasch die vielen Wissenschaftler und Biosicherheits-Fachleute, die an dem Treffen in Paris teilnahmen, das Problem benannt und die Dringlichkeit einer Lösung erkannt haben.

Die Risiken der Spiegelmolekülforschung sind enorm. Doch weltweit arbeiten schon jetzt viele Menschen intensiv daran, sie zu entschärfen. Es spricht einiges dafür, dass sie Erfolg haben könnten.