Dennis L.
Ohne die Zellteilung wäre komplexes Leben wie wir es kennen nicht möglich. An diesem erstaunlichen Erfolgsrezept der Natur forschen Wissenschaftler vom Forscher vom Max-Planck-Institut schon seit Jahren und nun ist ihnen etwas Erstaunliches gelungen: Die kontrollierte Zellteilung künstlicher Zellen im Labor.
Potsdam/Mainz (Deutschland). Das Leben ist es wunderbares und höchst komplexes. Zu den wohl erstaunlichsten Geheimnissen des Lebens zählt die Zellteilung (auch Cytokinese oder Zytokinese genannt), die Fähigkeit lebender Zellen, sich in zwei Tochterzellen zu teilen. Während dieses Vorgangs muss sich die äußere Zellmembran mehrfach verformen bis es schließlich zur Teilung kommt.
Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam sowie vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz ist es jetzt gelungen, diesen erstaunlichen Teilungsprozess nachzuahmen. Wie sie im Fachjournal Nature Communications berichten, konnten sie im Labor durch die kontrollierte Verankerung von Proteinen an den Membranen künstliche Zellen gezielt zur Zellteilung anregen.
Wachstum und Erneuerung basieren auf dem elementaren Prinzip der Zellteilung. Um die Teilung zuverlässig steuern zu können, verlassen sich heutige evolutionär optimierte Zellen auf hochspezialisierte Proteinkomplexe, welche durch ATP-Hydrolyse angetrieben werden. Wie die Wissenschaftler herausgefunden haben, gibt es noch eine viel einfachere Methode zur kontrollierten Zellteilung, wie sie eindrucksvoll anhand künstlicher Zellen gezeigt haben.
Die künstlichen Zellen der Wissenschaftler bestanden aus großen Lipid-Vesikeln, welche für die äußere Form der Zelle verantwortlich waren (in der Abbildung rot dargestellt). Die Vesikel bilden wichtige Eigenschaften lebender Zellen nach, indem sie die Grenze zwischen außen und innen der Zelle definieren. Solche künstlichen Zellen können über Wochen hinweg stabil bleiben und sie sorgen nicht nur für die Stabilität, sondern können sogar eine kraft erzeugen, die zur gewünschten Teilung der künstlichen Zelle führt.
Wie Forschungen gezeigt haben, erzeugt eine gezielte Asymmetrie der Innen- und Außenseite der Membranen auf molekularer Ebene die Kräfte, die schlussendlich zur Zellteilung führen. Damit haben die Wissenschaftler ein universell einsetzbares Modul geschaffen, welches in Zukunft vielleicht in Kombination mit anderen Modulen (wie beispielsweise, dass des Zellwachstum) echte lebende künstliche Zellen schafft. Auf jeden Fall hilft die Erkenntnis dabei, die biologische Zellteilung besser zu verstehen.
Nature Communication, doi: 10.1038/s41467-020-14696-0
