Künstliche Mitochondrien – Ein Weg um synthetische Zellen und lebensähnliche Materialien mit molekularer Energie zu versorgen?

Wir brauchen Energie für jeden Schritt, den wir gehen, jeden Atemzug, den wir nehmen und jeden Gedanken, den wir fassen. Aber woher kommt diese Energie? Mitochondrien, winzige Kraftwerke in unseren Zellen, wandeln die Nahrung, die wir zu uns nehmen, wie Zucker und Fette, in eine für unseren Körper nutzbare Energieform um, nämlich Adenosintriphosphat (ATP).

Was wäre, wenn wir solche winzigen molekularen Kraftwerke selbst bauen könnten, aber viel einfacher als die Mitochondrien in unseren Zellen? Könnten vereinfachte künstliche Mitochondrien synthetische Zellen und unsere nächste Generation von Materialsystemen, die außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts arbeiten, antreiben?

Unsere Nachwuchsgruppenleiterin Laura Heinen hat gemeinsam mit Bert Poolman, Marco van den Noort, Martin King und Edmund Kunji winzige Vesikelstrukturen entwickelt, die nur aus Fetten (Lipiden) und einer Handvoll Proteinen bestehen und kontinuierlich ATP produzieren können. Das ATP wird aus den Bläschen ausgeschieden und kann als Treibstoff für energieintensive Reaktionen und Prozesse verwendet werden.
 

In ihrem Artikel, erschienen in Nature Nanotechnology, zeigen sie, wie sich die synthetischen Mitochondrien und Vesikel-Nanoreaktoren, die ATP verbrauchen um lebenswichtige Moleküle im Inneren ihrer Membran anzureichern, gegenseitig und dauerhaft mit Energie speisen. Die von ATP zu ADP (Adenosindiphosphat) umgewandelte Energie wird in die synthetischen Mitochondrien zurückgespeist und regeneriert. Dieses Beispiel einer kontinuierlichen synthetischen Syntrophie ebnet den Weg für die Versorgung künftiger synthetischer Zellen mit Energie, sowie die Untersuchung zellulärer Prozesse unter definierten Bedingungen und den Bau nachhaltiger und umweltfreundlicher lebensähnlicher Materialien.

Die Zukunft der synthetischen Mitochondrien hat gerade erst begonnen...

Lauras Forschungsgruppe am DWI entwickelt stoffwechselaktive synthetische Zellen und energieautonome Materialsysteme außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts mit lebensähnlichen Eigenschaften. Wir sind gespannt auf ihre Forschung und zukünftigen Entwicklungen!