Spektrum der Wissenschaft - 09.2019

Spektrum der Wissenschaft 9.19 13

Mit nur wenigen Zutaten haben Forscher »tanzende«

Lipidbläschen erzeugt, die periodisch zwischen

verschiedenen Formen wechseln (Computergrafik).

THOMAS LITSCHEL / PETRA SCHWILLE LAB, MPI FÜR BIOCHEMIE

lich unverzichtbar sind. Sie stellt sich so etwas wie eine

perfekte synthetische Zelle vor, in der sämtliche Faktoren

bekannt sind, die dem Gebilde »Lebenskraft« verleihen.

Wissenschaftler versuchen bereits seit mehr als 20

Jahren, künstliche Zellen zu erzeugen, indem sie Biomole-

küle so zusammenfügen, dass die dabei entstehenden

Systeme verschiedene Aspekte des Lebens abbilden. Es

gibt zwar viele Merkmale, die lebende Strukturen auszeich-

nen, generell lassen sie sich aber in drei Kategorien einord-

nen: Kompartimentierung, also räumliche Trennung von

Biomolekülen; Metabolismus, sprich biochemischer Stoff-

umsatz; und Informationsverarbeitung.

Die einschlägigen Forschungsarbeiten nehmen immer

mehr an Fahrt auf, was unter anderem daran liegt, dass so

genannte Mikrofluidik-Anwendungen große Fortschritte

machen. Dazu gehören beispielsweise Chiplabore, bei

denen flüssigkeitsgefüllte Reaktions- und Analysekammern,

Strömungskanäle, Mikropumpen, -ventile und Sensoren auf

einem kreditkartengroßen Chip untergebracht sind. Diese

Techniken erlauben es den Wissenschaftlern, einzelne

Zellen zu analysieren und die Bewegungen von Zellbestand-

teilen zu beeinflussen. Forschergruppen ist es bereits

gelungen, zellähnliche Bläschen in bestimmte Formen zu

bringen, einen rudimentären Stoffwechsel in Gang zu

setzen und im Labor hergestellte Genome in lebende Zellen

einzuschleusen. All dies miteinander zu kombinieren, bleibt

freilich eine Herausforderung.

AUF EINEN BLICK

DER WEG ZUM KÜNSTLICHEN LEBEN

1

Forscher versuchen künstliche Organismen herzustel-

len, indem sie Biomoleküle so zusammenfügen, dass

die dabei entstehenden Systeme verschiedene Eigen-

schaften lebender Zellen annehmen.

2

In Versuchen mit Lipidbläschen, so genannten Lipo-

somen, gelang es bereits, rudimentäre Zellorganellen

zu erschaffen, die einige Schritte des Energie-

stoffwechsels oder der Fotosynthese ausführen.

3

Durch Einbringen eines künstlichen Genoms in ein

künstliches Liposom möchten die Wissenschaftler

einen vollständig synthetischen Organismus erzeugen.

Offen ist die Frage, ob dieser evolvieren würde.



Es waren gerade einmal acht Zutaten: zwei Sorten

Proteine, zwei Arten von Lipidmolekülen, drei Puffer-

substanzen und ein wenig chemische Energie. Doch

sie reichten aus, einen Schwarm lebhaft pulsierender

Bläschen zu erzeugen, bei denen es sich um rudimentäre

zellähnliche Strukturen handelte – ausgestattet mit Mecha-

nismen, um sich selbst zu teilen. Für die Biophysikerin

Petra Schwille stellen diese tanzenden Gebilde einen wichti-

gen Schritt hin zu künstlichen Zellen dar, die aus grundle-

genden molekularen Bestandteilen zusammengefügt

werden, also nicht von Lebewesen abstammen. Das Ziel,

mit einer solchen »Bottom-up«(»von Grund auf«)-Methode

ein System herzustellen, das die Merkmale eines lebenden

Organismus aufweist, verfolgt Schwille seit gut zehn Jah-

ren – aktuell am Max-Planck-Institut für Biochemie in

Martinsried.

»Mich hat immer schon die Frage fasziniert, was lebende

von nichtlebender Materie unterscheidet«, erzählt die

Biophysikerin. Die Herausforderung bestehe für sie darin, zu

ermitteln, welche Bestandteile für lebende Systeme wirk-

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