Forscher der University of Minnesota bauen erste synthetische Zelle aus nicht-lebenden Chemikalien

Eine synthetische Zelle von Grund auf

SpudCell wurde an der University of Minnesota vollständig aus bekannten chemischen Bestandteilen (einer Lipidmembran, einem 90.000-Basenpaar großen synthetischen Genom auf sieben Plasmiden, 36 gereinigten Enzymen und anderer molekularer Maschinerie) zusammengesetzt. Anders als frühere synthetisch-biologische Ansätze, die natürliche Zellen modifizierten, bedeutet dieser Bottom-up-Ansatz, dass jedes Molekül verstanden ist und gezielt entwickelt werden kann.

Wir haben in der Chemie nachgebildet, was bisher nur in der Biologie möglich war: das vollständige Verhaltensrepertoire einer Zelle. Es beweist, dass die grundlegendsten Funktionen des Lebens, wie Wachstum und Replikation, keinen mysteriösen magischen Funken brauchen.

Ein vollständiger Lebenszyklus, mit Einschränkungen

SpudCell ernährt sich durch Verschmelzung mit nährstoffgefüllten Liposomen, wächst, repliziert seine DNA und teilt sich schließlich, um Tochterzellen zu produzieren. Der Teilungsmechanismus beruht auf Crowding-Proteinen auf der Membranoberfläche und nicht auf einem Zytoskelett. In Experimenten verbreiteten sich Zellen mit einem genetischen Wachstumsvorteil in der Population. Allerdings ist der Prozess alles andere als autonom: Forscher müssen die Zellen durch mikroskopisch kleine Poren in einer Membran zwingen, um die Teilung auszulösen, und nur etwa 30 % der resultierenden Zellen behalten nach fünf Zyklen ein vollständiges Genom. Die synthetische Zelle kann auch keine eigenen Ribosomen aufbauen, die von außen zugeführt werden müssen; diese von E. coli geborgten Ribosomen bauen sich nach fünf bis zehn Generationen ab.

Vergleich der Genomgrößen

Das Genom von SpudCell ist im Vergleich zu natürlichen Organismen minimal.

Ein vorsichtiger Schritt, kein Leben

Das Team behauptet nicht, Leben erschaffen zu haben. „Leben ist nicht binär; daher zögere ich zu sagen, dass dies lebendig ist“, sagte Adamala. Die synthetische Zelle erfüllt viele Merkmale des Lebens, entbehrt aber der vollen Eigenständigkeit, und es gibt keine allgemein anerkannte Definition von Leben. Dennoch würdigen externe Experten den Fortschritt.

Es ist noch kein Leben, aber ein großer Schritt zum Verständnis, wie aus Chemie Biologie werden kann.

Vom Prototyp zur Pipeline

Die Forscher sehen SpudCell als programmierbare Plattform für biotechnologische Anwendungen, von der Arzneimittelherstellung bis zur Kohlenstoffabscheidung. Sie haben Biotic gegründet, eine Einrichtung zur gemeinsamen Nutzung der Technologie und zur Koordinierung internationaler Ingenieurbemühungen. Sicherheit und ethische Governance sind drängende Anliegen; Drew Endy von der Stanford University betonte die Notwendigkeit, „sie gut zu managen“. Die Arbeit ist noch nicht peer-reviewed und liegt derzeit als Preprint vor, nachdem sie zunächst von einer Fachzeitschrift abgelehnt wurde.