Zellteilung

Aus eins mach zwei

Die Erfolgsgeschichte des Lebens auf der Erde beruht auf der erstaunlichen Fähigkeit von lebenden Zellen, sich in zwei Tochterzellen zu teilen. Während eines solchen Teilungsprozesses muss die äußere Zellmembran eine Reihe von Formänderungen durchlaufen, die schließlich zur Membranteilung führen. Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam, und am Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz, ist es jetzt gelungen, diese Prozesse durch kontrollierte Verankerung von Proteinen an den Membranen zu steuern und auf diese Weise künstliche Zellen zu teilen. Während des Teilungsprozesses muss die Zellmembran, die die Zelle nach außen abgrenzt, eine Folge von Formänderungen durchlaufen, die schließlich zu einer Teilung dieser Membran führen. Um den Teilungsprozess zuverlässig zu steuern, verlassen sich die heutigen, evolutionär optimierten Zellen auf hochspezialisierte Proteinkomplexe, die durch ATP-Hydrolyse angetrieben werden. Es stellt sich allerdings heraus, dass es viel einfachere Methoden zur kontrollierten Teilung gibt, was jetzt mittels künstlicher Zellen gezeigt wurde. Diese künstlichen Zellen bestehen aus großen Lipid-Vesikeln, die als äußere Hülle der Zelle eine Form geben (in der Abbildung rot dargestellt). Solche Vesikel bilden eine wichtige Eigenschaft lebender Zellen nach, indem sie ein „außen“ und „innen“ definieren. Das bedeutet sie bilden ein Kompartiment, das durch die umgebende Membran abgegrenzt ist. Außerdem haben die Membranen zwei Seiten: Eine Seite ist dem Inneren der künstlichen Zelle zugewandt, die andere zeigt nach außen. Solche künstlichen Zellen bleiben über Tage und Wochen stabil. Überraschenderweise sorgt die Membran nicht nur für Stabilität, sondern kann vielmehr auch eine Kraft erzeugen, die zur Teilung der künstlichen Zelle führt. So haben die Forscher ein universell einsetzbares Modul entwickelt, welches zusammen mit anderen Modulen z.B. zum Zellwachstum oder zum Verständnis der Zellteilung beitragen kann. Bild: © Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung/Jan Steinkühler.

DOI: 10.1038/s41467-020-14696-0

Termine

  • 01.11.2020 - 10.11.2020

    Falling Walls and Berlin Science Week
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

  • 04.11.2020 - 07.11.2020

    DGN Kongress
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

  • 11.11.2020 - 12.11.2020

    Plant Biology and Biotechnology 2020
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

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Die Polymerasekettenreaktion (PCR) ist eine wichtige Methode der Molekularbiologie und ermöglicht die exponentielle Vervielfältigung sehr geringer Mengen spezifischer DNA aus einer heterogenen DNA-Probe. Die klassische PCR wurden für spezifische Fragenstellungen erweitert, sodass eine Vielzahl von PCR-Techniken beschrieben wurde. Gängige PCR-Varianten umfassen neben der quantitativen Echtzeit-PCR (qPCR) beispielsweise die Reverse-Transkriptase-PCR (RT-PCR) zum Nachweis von RNA oder die Multiplex-PCR, mit der mehrere Gene auf einmal amplifiziert werden können. Für eine digital PCR (dPCR) wird die DNA auf viele Reaktionsgefäße mit einem kleinen Volumen aufgeteilt, bei der digital droplet PCR (ddPCR) sogar auf nanolitergroße Einzeltröpfchen. Mithilfe von Fluoreszenzsonden kann die DNA dann detektiert und auch quantifiziert werden.
Saskia Hussung und Ralph Fritsch haben eine multi-target droplet PCR (ddPCR) zum Nachweis von KRAS- und NRAS-Mutation in freier DNA für eine nicht-invasive Tumordiagnostik entwickelt. Marcel Boss und Christoph Arenz untersuchen zirkulare RNAs (circRNAs) mit RT-qPCR über einen neuartigen rolling circle-Mechanismus. Jan Fleckhaus und Peter M. Schneider setzen die Multiplex-PCR für eine molekulare Altersbestimmung ein. Hintergrundbild: © peshkova / stock.adobe.com

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