Wissenschaftler erschufen „lebende“ synthetische Zellen, indem sie Bakterien für Teile ernten: ScienceAlert

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Wissenschaftler erschufen „lebende“ synthetische Zellen, indem sie Bakterien für Teile ernten: ScienceAlert

Forscher der University of Bristol im Vereinigten Königreich haben in der synthetischen Biologie einen großen Schritt nach vorn gemacht, indem sie ein System entwickelt haben, das mehrere Schlüsselfunktionen einer lebenden Zelle erfüllt, darunter die Erzeugung von Energie und die Expression von Genen.

Ihre künstlich konstruierte Zelle verwandelte sich in den ersten 48 Stunden ihres „Lebens“ sogar von einer Kugelform in eine natürlichere amöbenähnliche Form, was darauf hinweist, dass die Proto-Zytoskelett-Filamente funktionierten (oder, wie die Forscher formulierten eswaren „strukturell dynamisch über längere Zeiträume“).

Etwas zu bauen, das dem, was wir für lebendig halten, nahe kommt, ist kein Spaziergang im Park, nicht zuletzt dank der Tatsache, dass selbst die einfachsten Organismen zum Wachsen und Replizieren auf unzählige biochemische Operationen angewiesen sind, die verblüffend komplexe Maschinen beinhalten.

Wissenschaftler haben sich bisher darauf konzentriert, künstliche Zellen dazu zu bringen, eine einzelne Funktion auszuführen, wie Genexpression, Enzymkatalyse oder Ribozymaktivität.

Wenn Wissenschaftler das Geheimnis des maßgeschneiderten Baus und der Programmierung künstlicher Zellen lüften, die das Leben genauer nachahmen können, könnte dies eine Fülle von Möglichkeiten in allen Bereichen von der Herstellung bis zur Medizin schaffen.

Während sich einige technische Bemühungen auf die Neugestaltung der Blaupausen selbst konzentrieren, untersuchen andere Möglichkeiten, vorhandene Zellen auf Schrott zu reduzieren, der dann zu etwas relativ Neuem rekonstruiert werden kann.

Um diese neueste biotechnische Leistung von unten nach oben durchzuführen, verwendeten die Forscher zwei Bakterienkolonien – Escherichia coli Sonstiges Pseudomonas aeruginosa – für Teile.

Diese beiden Bakterien wurden mit leeren Mikrotröpfchen in einer viskosen Flüssigkeit vermischt. Eine Population wurde innerhalb der Tröpfchen eingefangen und die andere wurde an der Tröpfchenoberfläche eingefangen.

Anschließend sprengten die Wissenschaftler die Bakterienmembranen auf, indem sie die Kolonien in Lysozym (ein Enzym) und Melittin (ein Polypeptid, das aus Honigbienengift stammt) badeten.

Die Bakterien verschütteten ihren Inhalt, der von den Tröpfchen eingefangen wurde, um membranbeschichtete Protozellen zu bilden.

Die Wissenschaftler zeigten dann, dass die Zellen zu komplexen Prozessen wie der Produktion des Energiespeichermoleküls ATP durch Glykolyse und der Transkription und Translation von Genen fähig sind.

„Unser Ansatz zum Zusammenbau von lebendem Material bietet eine Möglichkeit für die Bottom-up-Konstruktion von symbiotischen lebenden/synthetischen Zellkonstrukten, sagt Erstautor, Chemiker Can Xu.

„Zum Beispiel sollte es möglich sein, komplexe Module für die Entwicklung in diagnostischen und therapeutischen Bereichen der Synthetischen Biologie sowie in der Biomanufaktur und Biotechnologie im Allgemeinen unter Verwendung von gentechnisch veränderten Bakterien herzustellen.“

In Zukunft könnte diese Art von synthetischer Zelltechnologie verwendet werden, um die Ethanolproduktion für Biokraftstoffe und die Lebensmittelverarbeitung zu verbessern.

In Kombination mit dem Wissen, das auf fortschrittlichen Modellen der grundlegenden Biologie basiert, könnten wir einige Strukturen mischen und anpassen, während wir andere vollständig neu entwerfen, um ganz neue Systeme zu entwickeln.

Künstliche Zellen könnten so programmiert werden, dass sie wie Purpurbakterien Photosynthese betreiben oder aus Chemikalien Energie erzeugen, genau wie sulfatreduzierende Bakterien.

„Wir erwarten, dass die Methodik auf ein hohes Maß an Programmierbarkeit reagieren wird“, so die Forscher sagen.

Dieses Papier wurde veröffentlicht in Natur.