Wissenschaftler erschaffen lebende synthetische Zellen basierend auf Forschern der University of Bristol ist auf dem Gebiet der synthetischen Biologie ein großer Schritt vorangekommen, indem sie ein System entwickelt haben, das mehrere Schlüsselfunktionen einer lebenden Zelle erfüllt, einschließlich Energieerzeugung und Genexpression.
Ihre konstruierte Zelle verwandelte sich innerhalb der ersten 48 Lebensstunden sogar von einer Kugelform in eine natürlichere amöbenähnliche Form, was darauf hindeutet, dass die protozytoskelettalen Filamente über einen langen Zeitraum funktionierten (oder, wie die Forscher es ausdrückten, strukturell dynamisch waren).
Etwas zu erschaffen, das dem nahe kommt, was wir als lebendig betrachten, ist eine sehr schwierige Aufgabe, nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, dass selbst die einfachsten Organismen auf unzählige biochemische Operationen angewiesen sind, die verblüffend komplexe Mechanismen für Wachstum und Reproduktion 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 der individuellen Erstellung und Programmierung künstlicher Zellen entschlüsseln, die das Leben besser nachahmen können, könnte dies unzählige Möglichkeiten in allen Bereichen eröffnen, von der Herstellung bis zur Medizin.
Während sich einige darauf konzentrieren, die Zellen selbst neu zu gestalten, suchen andere nach Möglichkeiten, vorhandene Zellen in Fragmente zu zerlegen, die dann zu etwas relativ Neuem umgestaltet werden können.
Um diese biotechnische Leistung von unten nach oben zu vollbringen, verwendeten die Forscher zwei Bakterienkolonien, Escherichia coli und Pseudomonas aeruginosa.
Diese beiden Bakterien wurden mit leeren Mikrotröpfchen in einer viskosen Flüssigkeit vermischt. Eine Population wurde innerhalb der Tröpfchen eingefangen, und die andere wurde auf der Oberfläche der Tröpfchen eingefangen.
Anschließend schnitten die Wissenschaftler die Membranen der Bakterien auf, indem sie die Kolonien in Lysozym (ein Enzym) und Melittin (ein aus Bienengift gewonnenes Polypeptid) eintauchten.
Die Bakterien spucken ihren Inhalt aus, der von den Tröpfchen eingefangen wurde, um membranbedeckte Protozellen zu bilden.
Anschließend zeigten die Wissenschaftler, dass Zellen zu komplexen Prozessen wie der Produktion des Energiespeichermoleküls ATP durch Glykolyse sowie zur Transkription und Translation von Genen fähig sind.
Unser Ansatz zum Zusammenbau von lebendem Material ermöglicht es, symbiotische lebende/synthetische Zellkonstrukte von unten nach oben zu schaffen, sagt der Erstautor der Studie, der Chemiker Can Xu.
Gentechnisch veränderte Bakterien können beispielsweise verwendet werden, um komplexe Module für die Entwicklung in diagnostischen und therapeutischen Bereichen der synthetischen Biologie sowie in der Bioherstellung und Biotechnologie im Allgemeinen herzustellen.
In Zukunft könnte eine solche synthetische Zelltechnologie verwendet werden, um die Produktion von Ethanol für die Biokraftstoff- und Lebensmittelindustrie zu verbessern.
In Kombination mit dem Wissen, das auf fortschrittlichen Modellen der Grundlagenbiologie basiert, wird es möglich sein, einige Strukturen zu mischen und anzupassen, während andere vollständig neu gestaltet werden, um völlig neue Systeme zu entwickeln.
Künstliche Zellen können für die Photosynthese oder für die Energiegewinnung aus Chemikalien programmiert werden, wie es sulfatreduzierende Bakterien tun.
Wir erwarten, dass die Methodik auf ein hohes Maß an Programmierbarkeit reagiert, sagen die Forscher.
Ein Artikel über die Entdeckung wurde in der Zeitschrift Nature.vebacteria veröffentlicht
2022-09-20 11:06:47
Autor: Vitalii Babkin