Revolution in der Biologie: Wissenschaftler erschaffen die erste sich selbst vermehrende synthetische Zelle

Forscher der University of Minnesota in den USA haben einen großen Durchbruch in den Bereichen Biologie und Ingenieurwissenschaften erzielt. Das von ihnen entwickelte System namens SpudCell kann alle wesentlichen Funktionen eines lebenden Organismus selbstständig ausführen — Wachstum, DNA-Replikation, Ressourcenaufnahme und Weitergabe genetischer Informationen an die nächste Generation durch Zellteilung. Die Publikation ixbt.com lieferte detaillierte Informationen hierzu. Ixbt.com berichtet .

In früheren Experimenten konnten Wissenschaftler nur bestimmte biologische Prozesse künstlicher Zellen nachahmen. SpudCell Die Besonderheit des Projekts besteht darin, dass es mehrere lebenswichtige Funktionen gleichzeitig in einem einzigen System vereinen konnte. Es handelt sich um das fortschrittlichste im Labor erstellte Modell, das das Verhalten eines lebenden Organismus nachahmt.

Wie funktioniert synthetisches Leben?

Die Basis des Systems besteht aus Liposomen — mikroskopischen Lipidmembran-Bläschen mit einer wässrigen Umgebung im Inneren. Synthetische DNA mit den Betriebsanweisungen des Systems wurde darin platziert. Auch Moleküle, die für die Proteinsynthese verantwortlich sind, sowie Enzyme und Ribosomen wurden in diese künstliche Zelle integriert. Die Zelle erhält die benötigten Ressourcen durch Verschmelzung mit speziellen „Fütterungs"-Liposomen.

Während bei lebenden Zellen der Teilungsprozess durch eine komplexe innere Struktur (Zytoskelett) abläuft, erfolgt dieser Prozess im SpudCell -System mechanisch. Die Ansammlung von Proteinen auf der Membran erzeugt eine starke Spannung, wodurch sich die Struktur in zwei teilt. Das Faszinierendste daran ist, dass diese künstlichen Zellen auch den Gesetzen der natürlichen Selektion unterliegen.

Durch genetische Modifikation ermöglichten die Forscher bestimmten Zellen ein schnelleres Wachstum. Unter begrenzten Nahrungsbedingungen verdrängten diese „starken" Zellen die gewöhnliche Population innerhalb von fünf Generationen. Dies bewies, dass synthetische Systeme sich ebenfalls an evolutionäre Prozesse anpassen können.

Eine neue Plattform für zukünftige Technologien

SpudCell hat ein Genom von etwa 90.000 Basenpaaren, was sogar weniger ist als die für eine lebende Zelle erforderliche Mindestmenge. Die genetische Information ist auf sieben unabhängige Plasmide verteilt, was eine separate Programmierung der verschiedenen Systemfunktionen ermöglicht. Die Wissenschaftler planen, diese Erfindung in Zukunft für folgende Zwecke einzusetzen:

• Herstellung hochwirksamer Medikamente;
• Entwicklung neuer Materialien und Bio-Transportsysteme;
• Synthese umweltfreundlicher Kraftstoffe;
• Verwendung von von Grund auf entworfenen Zellen statt Modifikation von Bakterien und Hefen.

Derzeit befindet sich dieses Projekt noch im Labor-Modellstadium. Für die praktische Umsetzung ist es erforderlich, die Genomstabilität zu erhöhen und ingenieurwissenschaftliche Ansätze zu standardisieren. Zu diesem Zweck wurde auch eine spezielle Organisation namens Biotic gegründet, um die Forschung zu koordinieren.