Wissenschaftler hatten nicht damit gerechnet, dass sich diese im Labor hergestellte Zelle von selbst entwickeln würde

Wissenschaftler sind seit langem auf der Suche nach einem wirksamen Rezept für eine vollständig im Labor hergestellte Zelle. Eine solche Leistung wäre ein enormer Durchbruch für unser Verständnis des Lebens und könnte theoretisch die Art und Weise verbessern, wie bestimmte Medikamente verabreicht werden, oder den Zellverlust bei bestimmten Krankheiten kompensieren. Jetzt haben Forscher der University of Minnesota SpudCells entwickelt, die ersten Zellen aus synthetischen Materialien, die einen Zellzyklus abschließen konnten. Obwohl es sich um eine sehr beeindruckende Leistung handelt, weist dieses Modell viele Mängel auf. Vor allem ist es nicht selbsttragend und die Forscher mussten die Replikation induzieren. Dennoch könnte ein solcher Fortschritt große Auswirkungen auf die Zukunft der Biotechnik haben.

Die SpudCell sieht aus wie ein membrangebundener Wassertropfen, aber in diesen mikroskopisch kleinen Tröpfchen befinden sich neun DNA-Fragmente mit insgesamt 90.000 Basenpaaren (diese kleinen parallelen Kreise, die man auf einem klassischen DNA-Modell sieht), die insgesamt 36 Gene enthalten, bei denen es sich um DNA-Stücke handelt, die für Proteine ​​kodieren. Auch wenn diese 90.0000 Basenpaare sehr beeindruckend klingen mögen, ist das im Vergleich zu natürlich vorkommenden Zellen tatsächlich unglaublich wenig. Das kleinste bekannte Genom gehört beispielsweise zum Bakterium Carsonella ruddii, das aus 159.662 Basenpaaren besteht, die 182 Gene umfassen. Escherichia coli hat mehr als 4 Millionen Basenpaare und das menschliche Genom hat etwa 3 Milliarden Basenpaare. Was könnte also eine so kleine Laborzelle mit dieser wenigen genetischen Information anfangen, und wie gelang es etwas so Einfachem, sich zu replizieren?

Dieses kleine Genom kodiert für bestimmte molekulare Tags, die auf der Oberfläche der SpudCell präsentiert werden. Die molekularen Tags fungieren im Wesentlichen als Andockstellen für Liposomen, bei denen es sich um künstliche Vesikel handelt, die als Lieferwagen fungieren und die SpudCell-Nährstoffe, Enzyme und wichtige funktionelle Strukturen wie Ribosomen transportieren. Im Gegensatz zu natürlichen Zellen erzeugen SpudCells keine Nährstoffe aus dem Inneren und benötigen zum Überleben diese externen Zufuhren. Mit anderen Worten: Die SpudCell ist nicht selbsterhaltend.

Wie oben erwähnt, sind SpudCells die ersten künstlichen Zellen, die einen Zellzyklus abschließen konnten. Eines der Gene von SpudCell kodiert für FLAG, eine Markierung auf der Zelloberfläche, die nach der Bindung eines bestimmten großen Moleküls dessen Spaltung durch mechanische Belastung bewirkt. Daher ist die Zellteilung darauf angewiesen, dass das große Molekül der umgebenden Lösung hinzugefügt wird. Darüber hinaus weist das Genom keine gleichmäßige Aufteilung auf und nach fünf Generationen enthielten 30 % der resultierenden SpudCells das vollständige Genom. Darüber hinaus sind SpudCells nicht in der Lage, ihre eigenen Ribosomen zu produzieren, die die Proteinproduktion ermöglichen. Nach 5 bis 10 Teilungen werden ihre Ribosomen abgebaut.

Als die Forscher eine günstige Mutation einführten, die das Zellwachstum fördert, replizierten sich die mutierten Zellen interessanterweise und übertrafen die anderen. Obwohl dies nicht mit Evolution gleichzusetzen ist, da die Mutation ein Produkt der Technik war, scheint es, dass SpudCells im Laufe der nachfolgenden Generationen nach hilfreichen genetischen Veränderungen selektieren. Daher zeigten die Forscher, dass die SpudCell zur Replikation und Selektion fähig ist, auch wenn sie künstlich induziert wird.

Die leitende Forscherin dieses Projekts, Kate Adamala, räumt ein, dass dieser Aufteilungsprozess ineffizient ist. Sie betonte jedoch, dass es die Möglichkeit gebe, auf diesem Mechanismus aufzubauen, um die synthetische Biologie voranzutreiben. In einem Artikel von Science verglich Adamala die SpudCell mit dem ersten Versuch der Gebrüder Wright, ein Flugzeug zu bauen. Was die Forschungsgruppe geschaffen hat, ist keine wirklich „lebende“ synthetische Zelle, aber sie hat ein nützliches Sprungbrett für andere Projekte dargestellt. In Zukunft will Adamalas Gruppe die Abhängigkeit von SpudCell von extern gewonnenen Nährstoffen verringern und so etwas schaffen, das sich selbsterhaltender macht.

Es ist nützlich anzumerken, dass SpudCell Kontroversen nicht entgangen ist. Tatsächlich muss der Artikel, der seine Entdeckung präsentiert, noch in einer Fachzeitschrift veröffentlicht werden. Ironischerweise wurde das erste Papier, in dem ihre Ergebnisse dargelegt wurden, bei der Zeitschrift Cell eingereicht und abgelehnt. Der Peer-Review-Prozess dauert lange, und manchmal veröffentlichen Forscher ihre Arbeiten auf bioRxiv, damit andere in ihrem Fachgebiet noch auf ihre Ergebnisse zugreifen können, während sie auf die Veröffentlichung warten. Adamala verfolgte jedoch einen anderen Ansatz, der einige Kritik hervorrief.

Nach der Ablehnung durch Cell schickte Adamala den Artikel an Medienvertreter, anstatt den Artikel zunächst für Peer-basiertes Feedback zu öffnen. Daher hat die Arbeit großes Interesse in der Presse geweckt, musste aber im Gegensatz zu den meisten Studien noch der Prüfung durch andere anonyme Experten standhalten. Adamala erklärte jedoch, dass die Arbeit bald bei einer anderen Fachzeitschrift eingereicht werde.