Synthetische BiologieQualle mit Rattenherz

Aus Kunststoff und lebenden Zellen bauen Forscher künstliche Medusen von 

Die künstliche Qualle bewegt sich in einem Salzwasser-Container.

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.«

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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.

Leserkommentare
  1. Und nach disem Artikel doch noch ein Stückchen geheimnisvoller, diese Kreaturen.

    Könnte man die "Medusoide" dazu trainieren, giftige Quallen zu eliminieren? Dafür wäre nicht nur ich, sondern sicherlich auch andere Wassersportler und Fischer dankbar.

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    ;)
    Man sollte grundsaetzlich nichts eliminieren und nichts dabei unterstuetzen seine natuerliche Verbreitung ueberproportional auszudehenen. Beides endet gewoehnlich in wirtschaftlichen und oekologischen Katastrophen.

    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.

    so'n Ding auf anderer Beutetiere scharf zu machen.

    Wie Wassersportler.

    Oder Fischer.

  2. ;)
    Man sollte grundsaetzlich nichts eliminieren und nichts dabei unterstuetzen seine natuerliche Verbreitung ueberproportional auszudehenen. Beides endet gewoehnlich in wirtschaftlichen und oekologischen Katastrophen.

    7 Leserempfehlungen
    Antwort auf "Faszinierend."
  3. 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.

    Antwort auf "Faszinierend."
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    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.

  4. 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.

    5 Leserempfehlungen
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    aber sie sind verdammt nah dran!

  5. 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.

    Eine Leserempfehlung
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    • Saibod
    • 06. August 2012 17:54 Uhr

    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.

  6. 6. Stimmt

    aber sie sind verdammt nah dran!

    Antwort auf "Keine Lebewesen"
    • TomFynn
    • 06. August 2012 17:38 Uhr

    begrüße unsere neuen gallertartigen Herrscher.

    7 Leserempfehlungen
    • Saibod
    • 06. August 2012 17:54 Uhr

    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.

    Antwort auf "Faszinierend"
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    • TomFynn
    • 06. August 2012 17:58 Uhr

    über die Abschätzung der Auswirkungen neuer Technologien und wissenschaftlicher Erkenntnisse müsste ein breites Verständnis über *bestehende* Technologien und wissenschaftliche Erkenntnisse vorhanden sein.

    Dies ist aber nicht der Fall.

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