Synthetische Biologie : Qualle mit Rattenherz

Aus Kunststoff und lebenden Zellen bauen Forscher künstliche Medusen
Die künstliche Qualle bewegt sich in einem Salzwasser-Container. © Harvard University/Caltech

Sie hat das Herz einer Ratte, eine Außenhaut aus Silikon, aber sie ist eine Qualle. Wenn auch eine künstliche: ein kleines, nur knapp einen Zentimeter großes Mischwesen aus Muskeln und Kunststoff. Mit synchronen Stößen ihrer acht Arme gleitet sie elegant durchs Wasser. »Medusoid« hat die Biotechnologin Janna Nawroth ihr Geschöpf liebevoll genannt.

Der Medusoid ist das Ergebnis einer Kooperation zwischen der Ost- und der Westküste der USA: Der Herzforscher Kevin »Kit« Parker aus Harvard besuchte einst die Labore des Quallenforschers John Dabiri am California Institute of Technology. Dort sah er die pumpende Bewegung junger Quallen und stellte fest: »Die sehen doch aus wie kleine Herzen.«

So erinnert sich Nawroth, die man wohl als die Mutter der künstlichen Tierchen bezeichnen kann. Nawroth ist Deutsche, studierte in Heidelberg Molekulare Biotechnologie, bevor sie für ihre Promotion nach Kalifornien in John Dabiris Labor ging. Denn dort entstand aus Kit Parkers dahergesagtem Satz bald ein interdisziplinäres Forschungsprojekt. Ein rudimentäres künstliches Herz wollten die Wissenschaftler erschaffen. Ihr ungewöhnlicher Ansatz: nicht Schicht für Schicht ein möglichst realitätsgetreues Herz zu bauen, sondern stattdessen seine grundlegende Funktion nachzuahmen. Mit anderen Materialien und anderen Formen. Die erste Station: eine künstliche Qualle.

In mehreren Jahren hat Janna Nawroth Hunderte der kleinen Tierchen gebaut, bevor das endgültige, erfolgreiche Design fertig war. Dieses besteht aus einem Rohling aus dünner Silikonfolie, der schon die Form der ausgebreiteten Qualle hat. Nawroths Medusoide imitieren keine erwachsenen Tiere, sondern die Jungtiere der Ohrenqualle. Diese haben acht Arme, die erst später zu einem geschlossenen Schirm zusammenwachsen. Bei diesen Babyquallen sorgen Muskelzellen für schnelle Kontraktionen der Arme, mit denen sich das Tier durch das Wasser bewegt. Eine zweite Art Muskulatur stellt nach jedem Schlag wieder die entspannte Form der Qualle her.

Diese zweite Muskelsorte ist beim Medusoiden überflüssig, weil die Silikonfolie von selbst in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Auf die Folie druckt Nawroth eine Proteinschicht mit mikroskopisch kleinen Vertiefungen. »Wie Ackerfurchen«, erklärt sie. Schließlich kommen die Zellen dazu – lebendige Muskelzellen, die einem Rattenherz entnommen wurden. »Das ist wie eine Organtransplantation«, meint Nawroth. Sie gibt die Zellen, die in einer Lösung liegen, tropfenweise auf das proteinbedruckte Silikon, »sät« sie auf ihren »Acker«, wo sie sich zwischen den Protein-Furchen anordnen und ihre Fasern ausrichten. »Damit am Ende alle Muskelzellen an einem Strang ziehen«, erklärt Nawroth.

Sechs Monate lang hat Nawroth immer abwechselnd an der Ost- und an der Westküste gewohnt. In Kalifornien hat sie lebende Quallen studiert, in Boston versuchte sie, ihre Cyborg-Quallen zu basteln. »Ein halbes Jahr lang funktionierte gar nichts«, erzählt sie. »Es war ein trüber Winter in Boston, meine Medusoide bewegten sich nicht. Und ich stellte mir vor, ich könnte jetzt im warmen Kalifornien sein.« Dann endlich fand sie die Ursache: Die Gussformen, in denen sie die Silikonrohlinge produzierte, enthielten geringe Mengen eines Stoffs, der für die Zellen giftig war. Die Herzmuskeln starben trotz Nährflüssigkeit.

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Kommentare

22 Kommentare Seite 1 von 2 Kommentieren

Ist der Vorschlag ernst gemeint?

Das wäre so ungefähr der letzte Verwendungszweck der mir einfiele. Abgesehen davon, dass die Tiere (?) mit einer Lebensdauer von einer Stunde noch weit davon entfernt sind auf irgendwas trainiert zu werden, hat der Mensch ja schon mehr als genug Möglichkeiten, Lebewesen zu eliminieren, die ihm nicht passen. Was passiert, wenn man künstliche Organismen im Zerstörungsmodus auf den Ozean loslässt, mag ich mir gar nicht vorstellen - solche Ansätze sind ja schon mit "normalen" Tieren gründlich schiefgegangen, man denke nur an den Viktoriabarsch.

Da klingt die Idee mit den künstlichen Herzen doch vielversprechender - auch wenn es bis dahin sicher noch ein weiter Weg ist.

Eliminieren? Eher vertreiben.

Selbstverständlich war dies kein ernstgemeinter Vorschlag, gewisse Arten zu "eliminieren". Selbstverständlich erwäge ich in keinster Weise jegliche Tierarten auszurotten, aber wer einst (wie ich) mit Quallen in Berührung kam, wird verstehen, dass Quallen in manchen Gefilden wirtschaftliche, ökologische und gesundheitliche Katastrophen bereits verursachen. Und das von Jahr zu Jahr mehr.
Darauf wollte ich hinaus und nicht auf die Eliminierung.

Keine Lebewesen

Man sollte klarstellen, dass diese Medusoiden keine Lebewesen oder "Tierchen" sind. Die Fähigkeit zur Reproduktion und zur Evolution - zwei Grundeigenschaften des Lebens - fehlt den Medusoiden. Zwar können sich die Cardiomyocyten teilen und somit gewissermaßen reproduzieren; um zur Medusoide zur werden brauchen sie aber immer ein künstliches Silikontemplate. Letztendlich haben wir es hier mit einem Projekt zu tun, in dem es primär darum ging Zellen künstlich auf einem Material anzuordnen - ich würde es von der Zielsetzung und den Techniken der regenerativen Medizin und nicht der synthetischen Biologie zuordnen. Letzterer Begriff ist dafür zu eng definiert.

Faszinierend

Einfach nur faszinierend, was technisch alles möglich ist.
Nur leider ist die Berichterstattung sehr schlecht.
Wie schon jemand vor mir bemerkte, sind das keine Lebenwesen, sondern biotechnische Geräte. Ist ein gewaltiger Unterschied-
Außerdem wird keine Qualle mit Rattenherz gebaut, sondern lediglich die grobe Form einer Qualle sowie Zellen aus einem Rattenherzen verwendet.
Das ist ein riesiger Unterschied, er entspricht ziemlich genau dem zwischen einer Leber und Leberwurst.

Diese Art von Technologie ist zukunftsweisend, denn biologische Verfahren sind zwar sehr kompliziert, aber wenn man sie einmal hat, sind sie meist sehr effizient, können durch die Biosphäre recyclet werden und sind sehr anpassungsfähig.

Ich hoffe nur, dass es unsere Gesellschaft schafft, hier einen kühlen Kopf zu bewahren und nicht aus pseudoökologischer Ideologie und eines Frankensteinkomplexes die Nutzung der Biotechnologie abzulehenen.
Sicher gibt es auch Gefahren, aber die gibt es bei jeder Art von Technologie. Es ist Aufgabe der Wissenschaft und Ingenieruskunst, diese Gefahren zu umgehen und Biotechnik zum Wohle der Menschheit zu entwickeln.

Technologie und deren Nutzung

Dielektrikum schrieb:
"Es ist Aufgabe der Wissenschaft und Ingenieruskunst, diese Gefahren zu umgehen und Biotechnik zum Wohle der Menschheit zu entwickeln."

Genau. Und es die Aufgabe unserer Gesellschaft, neue Technologien auf ihre Nützlichkeit und ihre Gefahren hin einzuschätzen und dafür zu sorgen, dass sie in einer verantwortlichen Weise genutzt werden, die die Grundwerte unseres Zusammenlebens fördert. Dafür ist eine breite gesellschaftliche Diskussion notwendig, die leider (noch?) nicht existiert.

Allerdings

Ja, guter Punkt. Zunächst einmal müsste man die Notwendigkeit einer solchen Diskussion vermitteln, und dann die nötigen wissenschaftlichen Grundlagen.

Als Wissenschaftler wäre ich selbst zwar in einer geeigneten Position für beides, allerdings beschränken sich meine Gespräche dann doch immer wieder auf denjenigen Personenkreis, der sich ebenfalls schon gut auskennt und die Notwendigkeit der Diskussion erkennt... Irgendwann müssen auch andere Leute erreicht werden, aber mir ist noch nicht so ganz klar, was dafür die beste Form ist.

Vermutlich

hilft da nichts anderes weiter, als gute und fundierte Schulbildung. Es reicht eben nicht, wenn die Kiddies jede neue App im Handumdrehen kapieren. Es müssen grundlegende technische Zusammenhänge trainiert werden.

James May hat in seiner - übrigen sehr zu empfehlenden - Serie "Toy Stories" am Beispiel Meccano gezeigt, wie früher jedes Kind damit einfache Konzepte vom Zahnradübersetzung bis zur Kupplung selber gebaut hat. Die neueste Lego-Edition von Harry Potter kaufen ist nicht dasselbe.

Auch nicht schlecht wäre, wenn es mehr Sendungen gäbe wie "Connections" von James Burke, die genau dieses Thema so behandelt, dass auch der "Laie" einen Überblick bekommt. Obwohl auch James Burke der Meinung ist, dass die Komplexität der heutigen Technologien so komplex ist, dass ohne eine Ausbildung auf dem jeweiligen Gebiet ein Mitreden oder gar ein Abschätzen der Auswirkungen in der Zukunft schlechterdings nicht mehr möglich ist.