Hoffnung: Therapiemöglichkeiten bei Parkinson oder Querschnittslähmung
Viele in der Forschung versuchen das tatsächlich. Und dafür gibt es konkrete medizinische Gründe: Wären wir in der Lage, menschliche Zellen nachzubauen, wären viele Krankheiten einfacher zu therapieren. Nämlich solche Krankheiten, bei denen Zellen unwiederbringlich verloren gehen: Parkinson, Querschnittslähmungen oder Herzinfarkte zum Beispiel. Hier die Zellen zu ersetzen und die Funktion der betroffenen Körperteile wiederherzustellen, ist eine große Hoffnung.
Synthetische Zellen wären auch für Arzneimittel hilfreich
Ein anderer Einsatzbereich von künstlichen Zellen wäre die Produktion von Arzneimitteln. Früher wurde Insulin aufwendig aus der Bauchspeicheldrüse von Schweinen isoliert, heute produzieren Einzeller wie Bakterien und Hefezellen das Hormon für Diabetiker. Wäre man in der Lage, Zellen künstlich nachzubauen, könnten sie dazu designt werden, Substanzen zu produzieren, die auf chemischem Wege nur aufwendig zu bekommen sind.
Mindestanforderungen an eine Zelle
- Wir benötigen ein Behältnis. Also zum Beispiel einen Raum, der von einer Zellmembran abgeschlossen wird.
- Dazu einen Informationsträger wie die DNA, der in der Lage ist, die Zellfunktion zu steuern und Informationen weiterzugeben.
- Außerdem muss eine Form von Stoffwechsel im Austausch mit der Umwelt möglich sein.
Menschliches Genom ist sehr komplex: Nachbau noch nicht gelungen
Bei der Synthese von DNA ist man schon recht weit. Die Fertigung von DNA-Strängen aus mehreren tausend Einzelbausteinen ist problemlos möglich. Auch der Nachbau des gesamten Genoms eines relativ unkomplexen Lebewesens wie des Poliovirus hat bereits funktioniert. Der Nachbau des kompletten menschlichen Genoms, das aus etwa 3 Milliarden Einzelbausteinen besteht, ist bisher aber noch nicht gelungen.
Noch komplizierter: Stoffwechsel bzw. Zellatmung
An der Stoffwechselfront sieht es sogar noch komplizierter aus: Der menschliche Stoffwechsel ist wahnsinnig komplex und besteht aus vielen gleichzeitig ablaufenden Vorgängen. Einer davon ist die Zellatmung. Dabei werden Nährstoffe aus der Nahrung mithilfe von Sauerstoff umgewandelt in für uns verwertbare Energiemoleküle. Allein bei diesem einen Prozess finden mehr als 20 chemische Reaktionen statt und mehr als 20 Stoffe sind beteiligt!
Erste Erfolge: Modellzellen mit 2 Reaktionen und 6 beteiligten Stoffen
Das nachzubauen ist extrem kompliziert. Das geht bisher nur bei einzelnen Vorgängen. Zum Beispiel haben es Forschende in Bordeaux und Magdeburg geschafft, eine Modellzelle zu bauen, in der zumindest zwei Reaktionen ablaufen, an denen 6 Stoffe beteiligt waren.
Jetzt haben wir eine DNA, ein Stoffwechselsystem – fehlt noch die Zellmembran.
Zellmembran: noch nicht alle Funktionen sind genau erforscht
Die Zellmembran besteht im Wesentlichen aus verschiedenen Lipiden – Fettbausteinen, die zum Teil in Fett und zum Teil in Wasser löslich sind. Für Zellmembranen gibt es verschiedene Modelle, die sich vor allem in ihrer Komplexität unterscheiden. Aber selbst die komplexesten Modelle erfüllen längst noch nicht alle Funktionen, die eine Zelle zum Leben braucht. Die Weiterleitung von Reizen und der Transport von Nährstoffen wird von Proteinen erledigt, die in der Lipidmembran eingebaut sind. Wie genau der Einbau solcher Proteine funktioniert, ist unklar.
Es wird noch dauern, bis es die erste funktionierende synthetische Zelle gibt. Bis dahin arbeiten die Forschenden weiter daran, die gesamte Zelle und ihre Prozesse zu verstehen, um sie dann von Grund auf neu aufzubauen.
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Mit bloßem Auge natürlich nicht. Moleküle sind Verbindungen von mehreren einzelnen Atomen, entsprechend klein sind sie. Zum Vergleich: Ohne Mikroskop kann unser Auge gerade noch Strukturen von etwa einem Fünftel Millimeter erkennen und Punkte voneinander unterscheiden. Die meisten Moleküle liegen aber in der Größenordnung von Nanometern. Ein Nanometer ist ein Millionstel eines Millimeters. Von Claudia Neumeier | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.
Chemie Warum ist Butter fest, aber Olivenöl flüssig?
Ob Stoffe fest, flüssig oder gasförmig sind, hängt davon ab, wie stark die einzelnen Moleküle sich gegenseitig anziehen – welche Kräfte also zwischen ihnen wirken. Und die Kräfte sind umso stärker, je näher sich die einzelnen Moleküle kommen – genau wie bei der Gravitationskraft oder bei der Kraft zwischen zwei Magneten. Von Claudia Neumeier | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.
