- Chloroplasten ermöglichten erstmals Photosynthese in tierischen Zellstrukturen. Japanische Forscher transplantierten Chloroplasten in Ovarialzellen chinesischer Hamster. Fluoreszenzbasierte Mikroskopie zeigte Chloroplasten stabil im Zytoplasma der CHO-Zellen. Photosyntheseeffizienz nahm nach wenigen Tagen ab. Forschung könnte zu künstlichen Organen mit integrierten Chloroplasten führen.
Vor über einer Milliarde Jahren sollen die Chloroplasten, die es Pflanzen und Algen ermöglichen, Photosynthese zu betreiben, ihren Ursprung gehabt haben. Zu jener Zeit lebten photosynthetische Cyanobakterien in symbiotischer Gemeinschaft mit primitiven zellulären Organismen. Die Nachbildung dieser Entwicklung gilt in der heutigen Biologie als bahnbrechend. Chloroplasten in tierische Zellen zu integrieren, wurde lange als unmöglich erachtet, denn Zellen identifizieren Chloroplasten als Fremdkörper und lösen sie einfach auf. Doch ein japanisches Forscherteam hat diese Vorstellung in Frage gestellt und einen wegweisenden Ansatz entwickelt.
Eine neue Ära der Zellforschung
Durch Isolation von funktionstüchtigen Chloroplasten aus Cyanidioschyzon-Algen und die Transplantation in Ovarialzellen chinesischer Hamster konnte dieses Team erfolgreich Photosynthese in tierischen Zellstrukturen aufrechterhalten. Bisher war dies einmalig. Professor Yukihiro Matsunaga von der Universität Tokio erklärt, dass diese Methode erstmals die Funktion des elektronengetriebenen Transports in fremden Zellformen ermöglicht. Ein wesentlicher Prozess, der für die Energieproduktion in Zellen sorgt. Wichtig war dabei die Förderung der Phagozytose durch die kultivierten Tierzellen, ein natürlicher Mechanismus des Verdauens fremder Substanzen, der geschickt genutzt wurde, um die Chloroplasten unversehrt zu bewahren.
Der Blick ins Unsichtbare
Mithilfe fortschrittlicher fluoreszenzbasierter und superauflösender Mikroskopie wurden detailreiche Einblicke gewonnen. Die transplantierten Chloroplasten verblieben vermehrt im Zytoplasma der CHO-Zellen und umgaben teilweise den Zellkern. Bemerkenswert war die aufrechterhaltene Zellaktivität, die sich in der normalen Teilung der CHO-Zellen zeigte. Elektronenmikroskopische Beobachtungen offenbarten zudem, dass die Struktur der Thylakoidmembranen, essenziell für die Photosynthese, für mindestens zwei Tage stabil blieb. Dennoch war ein merklicher Abfall in der Photosyntheseeffizienz nach wenigen Tagen unvermeidbar.
Grenzen und Potentiale im biotechnologischen Fortschritt
Die Forschungsresultate könnten die Tür zu neuen Dimensionen in der Gewebetechnologie öffnen. Der Gedanke, künstliche Organe oder Gewebeschichten mit integrierten Chloroplasten zu entwickeln, die auf Licht reagieren und Sauerstoff produzieren, zeigt das Potenzial für medizinische Anwendungen. Für diese Vision ist allerdings eine längere Aufrechterhaltung der Photosyntheseaktivität in den tierischen Zellen erfolgskritisch. Zukünftig müsste eine präzise Quantifizierung des Sauerstoff- und CO2-Haushalts stattfinden, um die tatsächlichen Möglichkeiten zu beurteilen.
Das Team verfolgt ambitionierte Ziele: Die Erschaffung von “Planimal”-Zellen, die pflanzliche und tierische Fähigkeiten vereinen. Solche Zellen könnten revolutionäre Auswirkungen auf die Medizin, Lebensmittelproduktion und sogar Energieerzeugung haben.
