Saarbrücker Forscher wollen das Geheimnis der molekularen Vermehrung entschlüsseln

Lebende Zellen haben eine Eigenschaft, die kein anderes, vergleichbares materielles System hat: Sie reproduzieren sich. Selbstreproduktion ist eine wichtige, konzeptionelle Frage der Biologie. Wissenschaftler wissen aber auch heute nicht, wie die Evolution biologische Zellen überhaupt erstmals hervorgebracht hat. Zugrundeliegende Prinzipien molekularer Reproduktion sind nur sehr beschränkt aus Studien an lebenden Zellen zu erkennen.

In dem dreijährigen Forschungsprojekt „Towards self-reproduction of protocells and minimal cells: evolution versus engineering” möchten Forscher aus den USA, Japan und dem Saarland nun nach neuen grundlegenden Konzepten der Zellreproduktion suchen.

Dafür erhalten sie insgesamt 1,2 Millionen Dollar vom „Human Frontier Science Program“ (HFSP), einer internationalen Förderorganisation, der sich 14 Staaten sowie die Europäische Union angeschlossen haben. Die Forschungsförderungen des HFSP werden an internationale Forschungskooperationen vergeben, die interdisziplinäre und bahnbrechende Ansätze zu grundlegenden Fragestellungen in den Lebenswissenschaften entwickeln.

Auf saarländischer Seite ist Professor Albrecht Ott für das Projekt verantwortlich. Der Professor für Biologische Experimentalphysik erklärt den Ansatz: „Anders als beispielsweise bei der Reproduktion von DNA, bei der ein Informationsspeicher den Bauplan vorgibt, gibt es offenbar molekulare Reproduktion in der Chemie, für die kein Informationsspeicher erkennbar ist. Wenn wir die Reproduktion von DNA verstehen können, heißt das deshalb noch nicht, dass wir verstehen, wie eine Zelle eine quasi identische Kopie von sich erstellen kann. Der Bauplan ist nicht auf der DNA. Die zentrale Frage lautet daher: Wo ist er dann? Solche Reproduktionsvorgänge stellen uns vor ein Rätsel, da wir nicht verstehen, auf welchen naturwissenschaftlichen Grundlagen sie ablaufen.“

In dem geförderten Projekt planen die Wissenschaftler nun, neue molekulare, selbst-reproduzierende Elemente („Reproduktoren“) zu bauen, um herauszufinden, ob sie auf diese Weise neue, grundlegende Konzepte für deren Funktionsweise finden können.

„Wir verfolgen dazu zwei Strategien. In einem ‚Top-Down‘-Ansatz versuchen wir, einfache Reproduktoren aus den bekannten molekularen Elementen von biologischen Zellen zusammenzubauen. Parallel dazu versuchen wir, molekulare Reproduktoren in einem ‚Bottom-Up‘-Versuch selbstorganisiert zu erzeugen“, so Professor Ott.

Letzteres geschieht, indem sogenannte prebiotische Gemische, chemische „Suppen“, die abertausende verschiedene organische und chemische Substanzen enthalten, mit Energie gefüttert werden, um sogenannte Protozellen als Reproduktoren zu erzeugen.

Die Information für die Reproduktion ist dabei nicht in den selbstreproduzierenden Elementen direkt erhalten, sondern hängt auch von der Zusammensetzung des Gemischs (der „Ursuppe“) ab, das als Gedächtnis vorhergehender chemischer Reaktionsabläufe fungiert.

Gelingt es den Wissenschaftlern, solche Elemente zu erzeugen und ihre Reproduktionsweise zu verstehen, wäre dies ein Fortschritt für die biologische Grundlagenforschung. Das Verständnis über grundlegende Prozesse bei der Entstehung und Reproduktion von Zellen – und damit von Leben – wäre einen Schritt weiter.

Die Gruppe, die von Vincent Noireaux von der University of Minnesota geleitet wird, ist eine von 21 Forschergruppen weltweit, die dieses Jahr vom Human Frontier Science Program unterstützt werden. Die Förderung verteilt sich auf drei jährliche Tranchen zu je 400.000 Dollar, über die die Wissenschaftler frei verfügen können.

Es wird in Stellen und Ausstattung fließen. Die Forscher müssen dafür in jährlichen Berichten über ihre Forschungen informieren und ihre Ergebnisse in einer Abschlussveranstaltung am Ende der Finanzierung gemeinsam vorstellen.

Kontakt:
Prof. Dr. Albrecht Ott
Tel.: (0 681) 30268550
E-Mail: albrecht.ott@physik.uni-saarland.de

http://www.hfsp.org