Neue Forschung: Leben erschaffen aus einfachen synthetischen Zellen und deren Energiewandlung verstehen

BerlinBert Poolman ist Professor für Biochemie an der Universität Groningen und beschäftigt sich seit über zwanzig Jahren mit einer grundlegenden wissenschaftlichen Fragestellung: Wie formen sich unbelebte Moleküle zu einer lebenden Zelle? Seine Forschung konzentriert sich darauf, einfache synthetische Modelle biologischer Systeme zu entwickeln. Diese Modelle dienen als Bausteine für die Konstruktion von synthetischen Zellen, die dazu beitragen, die grundlegenden Lebensprozesse zu verstehen. In seinen neuesten Studien stellt Poolman innovative Konzepte vor, wie synthetische Zellen Energie umwandeln und Nährstoffe verarbeiten.

Die Forschung untersucht die Nachahmung der Hauptfunktionen von Mitochondrien, die Energie für die Zelle erzeugen. Das Team um Poolman entwickelte ein neues Energiesystem, das nur fünf Bestandteile benötigt, im Gegensatz zu den vielen Bestandteilen in echten Mitochondrien. Diese Komponenten werden in kleine Behälter eingebracht, die wie einfache Zellen funktionieren. Die Behälter wandeln ADP mithilfe von Arginin in ATP um, was einen simplen, aber effektiven Weg zur Energieerzeugung zeigt. Dieser Prozess ähnelt der natürlichen Funktionsweise von Zellen zur Unterstützung von Wachstum, Teilung und wichtigen chemischen Reaktionen.

• Energieumwandlung vereinfacht durch fünf zentrale Komponenten.
• Künstliche Vesikel imitieren Zellprozesse zur ATP-Herstellung.
• Nutzt allein Arginin als Energiequelle, im Gegensatz zu vielfältigen natürlichen Ressourcen.

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Poolmans zweite Entdeckung ist ein künstliches System, das Nährstoffe mithilfe elektrischer Energie in kleine Strukturen namens Vesikel transportiert. Normalerweise geschieht dieser Prozess in lebenden Zellen, hier jedoch mit nur zwei Komponenten. Zunächst beförderte das System einen Zucker namens Laktose. Um zu zeigen, dass es Nährstoffe umwandeln kann, fügte Poolman drei Enzyme hinzu, die es ihm ermöglichen, NADH zu erzeugen, ein Molekül, das für Energie und Stoffwechsel in Zellen unerlässlich ist.

Das Ziel ist es, Energie- und Nährstoffsysteme in eine synthetische Zelle zu integrieren, die selbstständig wachsen und sich teilen kann. Das BaSyc-Projekt macht Fortschritte auf diesem Weg, unterstützt durch erhebliche Fördermittel für das EVOLF-Projekt. Dieses Bestreben zielt darauf ab, nicht-lebende Module zu sammeln und das Potenzial synthetischer Zellen in den nächsten zehn Jahren zu erforschen. Diese Forschung könnte ein besseres Verständnis dafür liefern, wie molekulare Komponenten sich zu lebenden Zellen zusammenfügen, mit möglichen Anwendungen in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen. Die detaillierte Untersuchung dieser Prozesse kann wertvolle Einblicke in die Entstehung und die grundlegende Natur und Ursprünge des Lebens geben.