Neues über den Ursprung des Lebens

Ein Forschungsteam verfolgt das Ziel, anhand von Protozellen besser zu verstehen, wie sich aus einer Molekülsuppe lebende Zellen entwickeln konnten.

Grundlagenforschung

Wir wissen bereits, dass jene Art lebender Zellen, die sich reproduzieren und zu Organismen weiterentwickeln können, aus einer Suppe einfacher Moleküle entstanden sind. Wie sie das bewerkstelligt haben, bleibt jedoch immer noch eines der größten Rätsel der Wissenschaft. „Eine fundamentale Frage, mit der sich Chemie und Biologie schon viel beschäftigt haben, lautet, wie aus einer Molekülmischung eine selbstreplizierende Protozelle entstehen konnte“, sagt Evan Spruijt, außerordentlicher Professor für physikalische organische Chemie an der Radboud-Universität. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts PEPREP arbeitet Spruijt zusammen mit dem Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiaten Manzar Abbas daran, dieses Rätsel zu lösen. Zu diesem Zweck entwickeln sie Protozellen, zellähnliche Kompartimente, die aus einfachen Molekülen gebildet werden und eine oder mehrere Schlüsseleigenschaften lebender Zellen nachahmen können. „Wir hoffen, durch die Entwicklung dieser Protozellen besser verstehen zu können, was nötig ist, um aus einer Molekülsuppe eine lebende Zelle entstehen zu lassen“, erklärt Abbas.

Eine spannende neue Entdeckung

An der Entwicklung von Protozellen haben sich bereits andere Forschungsteams versucht. Sie verwendeten dabei jedoch relativ große und komplexe Moleküle, die es bei der Entstehung des Lebens wahrscheinlich nicht gegeben hat. Daher entschied sich dieses Projekt stattdessen für den Einsatz von Peptiden, die aus kurzen Aminosäureketten bestehen. „Wir entschieden uns für Peptide, weil sie einfach sind und zu den Grundbausteinen der Zellen von heute gehören“, merkt Spruijt an. „Von der Abstimmung der molekularen Details dieser Peptide erhofften wir uns, sie dazu zu bringen, sich durch eine chemische Reaktion selbst zu reproduzieren. Resultat wäre dann im Endeffekt eine sich replizierende Protozelle.“ Auch wenn die Forschenden die Peptide nicht zur Selbstreplikation bringen konnten, mündeten ihre Bemühungen dennoch in einer aufregenden neuen Entdeckung. „Es ist bekannt, dass Koazervattröpfchen, jene Flüssigkeitströpfchen, aus denen peptidbasierte Moleküle gebildet sind, eine Vielzahl weiterer relevanter Moleküle aufnehmen und ansammeln können“, sagt Abbas. „Wir haben entdeckt, dass diese Sequestrierung in Kombination mit der einzigartigen chemischen Umgebung innerhalb der Tröpfchen die chemischen Reaktionen verstärken kann.“ Nach Angaben von Spruijt konnte hier erstmalig ein derartiger katalytischer Effekt nachgewiesen werden. „Wenn sich ein zellähnliches Kompartiment dieser Art spontan bilden und wichtige chemische Reaktionen katalysieren kann, könnte das einen evolutionären Vorteil für das Kompartiment und das Peptid bedeuten, aus dem es gebildet ist. Dieser könnte vielleicht erklären, wie selbstreplizierende Protozellen entstanden sind“, fügt er hinzu.

Einen Schritt weitergekommen ...

Selbst wenn es Spruijt und Abbas nicht gelungen ist, Peptide zur Selbstreplikation anzuregen, so konnten sie dennoch aus einem neuen Typ peptidbasierter Moleküle Protozellen erschaffen. „Unser Design stellt eines der einfachsten Moleküle dar, das eine Flüssig-Flüssig-Phasentrennung in kleine Tröpfchen durchlaufen kann, die als zellähnliche Kompartimente fungieren“, merkt Abbas an. „Von daher betrachtet, bringt uns dieses Design dem Verständnis der Entstehung von Zellen am Ursprung des Lebens einen Schritt näher.“ Die Projektergebnisse wurden in mehreren führenden wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht, darunter auch in „Nature Chemistry“.

Schlüsselbegriffe

PEPREP, Protozellen, Zellen, Moleküle, Organismen

Peptide based self-replicating coacervate protocells

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