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Synthetische Biologie

Künstliche Zellen vorgestellt

Minimalistisches Zellmodell bewegt und verformt sich von allein. Können bald auch komplexere Zellprozesse im Labor erzeugt werden?
Im Labor geschaffene Zellvesikel

Biophysikern um Andreas Bausch von der Technischen Universität München ist es gelungen, ein minimalistisches Zellmodell zu basteln, das sich von ganz allein verformt und bewegt: Es ähnelt der ursprünglichen Urzelle zu Beginn der Evolution und besteht wie diese aus einer einzigen Membranhülle, auch Vesikel genannt. Dazu packten die Forscher Mikrotubuli, einen Bestandteil des natürlichen Zellskeletts, und Kinesin-Moleküle sowie den Energieträger ATP in die Zelle, um diese zu "versorgen". Die Hülle besteht demnach aus einer zweischichtigen Lipidmembran, analog zu natürlichen Zellmembranen. Die Kinesine dienen gewöhnlich in der Zelle als molekulare Motoren, die entlang der Mikrotubuli Zellbausteine transportieren. Im Experiment schieben diese Motoren die Röhrchen permanent aneinander entlang, wobei sie wie in echten Zellen ATP verbrauchen.

Unter "normalen" Bedingungen bildet dieses Konstrukt eine Kugel, doch kann man ihm per Osmose Wasser entziehen, wodurch sich das Vesikel verformt: Es entstehen aus der überschüssigen Membran stachelförmige Fortsätze, wie sie einige Einzeller auch zur Fortbewegung nutzen. Entscheidend für die Verformung der künstlichen Zelle sind die Fehlstellen, welche die Mikrotubuli bei der Anlagerung an die Zellhülle stets aufweisen, da sie sich aus physikalischen Gründen nicht komplett gleichmäßig von innen an die Membranwand heften können. Die Röhrchen stellen sich an einige Stellen leicht quer zueinander, und dies in einer ganz bestimmten Geometrie. Durch die Aktivität der Kinesin-Moleküle bewegen sich die Tubuli ständig aneinander entlang, und mit ihnen wandern auch die Fehlstellen, was sie vor Einsetzen der Osmose auf eine sehr gleichmäßige und periodische Art und Weise tun, später dann aber nicht mehr. "Mit unserem synthetischen Modell haben wir eine neue Möglichkeit geschaffen, um minimale Zellmodelle zu entwickeln", erklärt Bausch. "Es ist ideal geeignet, um modular die Komplexität zu erhöhen und so kontrolliert zelluläre Prozesse wie Zellmigration oder Zellteilung nachzubauen."

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