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Neal Devaraj (r.) und Kollegen bei der Herstellung künstlicher Zellmembrane © ucsdnews.ucsd.edu
San Diego/ USA - Ein wichtiger weiterer Schritt hin zur Herstellung künstlichen Lebens ist Chemikern in den USA mit der erfolgreichen Synthetisierung von Zellmembranen gelungen. Mittels einer neuen chemischen Reaktion, gelang den Forschern die Herstellung einer künstlicher, sich selbst anordnender Membrane und damit jener Struktur, die die lebensnotwendigen chemischen Reaktionen, beinhalten und schützen.
Wie Professor Neal Devaraj von der University of California in San Diego und Itay Budin von der Harvard University im Fachmagazin "Journal of the American Chemical Society" berichten, war die Grundlage ihrer Arbeit die Frage nach der Entstehung des Lebens selbst: "Unser langfristiges Ziel ist es, eine vollständige künstliche Zelle herzustellen, also eine synthetische lebende Einheit von Grund auf. Es geht also darum, einen lebenden Organismus aus unbelebten Molekülen herzustellen, die zuvor noch nie mit einem lebenden Organismus in Berührung gekommen waren", so Devaraj. "Genau dieser Schritt muss sich in der Vergangenheit einmal vollzogen haben. Wäre dem nicht so, dann wären wir nicht hier."
Moleküle, aus denen Zellmembrane bestehen, bestehen aus Phosphoglyceriden, den sogenannten Köpfen, die sehr leicht mit Wasser interagieren (hydrophil) und aus wasserabweisenden (hydrophoben) "Schwänzen". Gemeinsam führt dieser gegensätzliche Charakter zur Bildung von Lipid-Doppelschichten, bei denen der hydrophobe Teil der Membranlipide nach innen und der hydrophile Teil nach außen zeigen und damit den Inhalt der Zelle abschirmen.
Die beiden Forscher erzeugten nun durch eine neue chemische Reaktion, die zwei Lipidstränge miteinander verbindet, ähnliche Moleküle. "Zu der von uns genutzten, vollständig künstlichen chemischen Reaktion - die ein einfaches Metall-Ion als eine Art primitiver Katalysator nutzt - gibt es kein biologisches Gegenstück."
Die Forscher erzeugten die synthetischen Membranen aus einer wässrigen Emulsion eines Öles und aus einem Detergent. Für sich alleine ist diese Emulsion stabil. Fügt man jedoch Kupfer-Ionen hinzu, beginnen sich und feste Bläschen und Röhrchen aus den Öltropfen zu bilden. Nach 24 Stunden sind dann die Öltropfen von diesen sich selbstanordnenden Membranen aufgezehrt worden und verschwunden.
Bereits zuvor hatte der US-amerikanische Biochemiker und Genomforscher J. Craig Venter die Herstellung eines vollständig künstlichen Genoms verkündet, dieses dann in eine biologische Mutterzelle eingepflanzt und damit erstmals erfolgreich ein lebensfähiges künstliches Bakterium erschaffen. Zur Herstellung von vollständig künstlichem Leben bedarf es jedoch der Vereinigung der informationstragenden Genome und einer dreidimensionalen Hüllenstruktur in Form einer Zelle.
Die Entdeckung von Devaraj und Budin hat nun hinzu den Vorteil, dass die Methode auf bereits kommerziell beziehbaren Ausgangsstoffen basiert und nur ein weiterer Schritt notwendig ist, um die Lipdstränge entstehen zu lassen: "Es ist fast schon trivial und kann innerhalb eines Tages vollzogen werden", so Devaraj.
Der nächste Schritt, also die Vereinigung von Zellgehäuse und Genom dürfte also nicht mehr lange auf sich warten lassen.
