Japanische Forscher wollen neue Lebewesen erschaffen

Bislang galt, dass die innere Chemie von Pflanzen – speziell die energieerzeugenden Chloroplasten der Photosynthese – nicht mit Tieren vereinbar ist.

In einer Mitteilung vom 31. Oktober 2024 ließen japanische Forscher das Gegenteil verlauten. Ihnen sei es gelungen, Chloroplasten aus Algen in die Zellen eines Hamsters einzusetzen. Diese seien funktionstüchtig und somit in der Lage, Photosynthese zu betreiben – zumindest für zwei Tage.

Mit ihrer Forschung wollen Professor Sachihiro Matsunaga von der Universität Tokio und seine Kollegen zur Züchtung von künstlichem Gewebe beitragen. Tierzellen mit Chloroplasten könnten den Vorstellungen der Forscher zufolge deren Versorgung mit Sauerstoff und Energie durch Licht und Photosynthese ermöglichen.

Lebendes Vorbild für den Hamster

Wie Pflanzen oder Algen einfach nur in der Sonne liegen und Energie gewinnen? Was nach Science-Fiction klingt, existiert bereits im Tierreich. So haben sich Riesenmuscheln, die in symbiotischer Beziehung mit Algen leben, den Trick bereits zunutze gemacht.

Algen enthalten Chloroplasten und können so durch Photosynthese Licht in Nahrung und Sauerstoff umwandeln. Während die Muscheln den Algen ein Zuhause bieten, liefern die Algen Energie, damit ihre riesigen Wirte gedeihen können.

Im Gegensatz zu Pflanzen und Algen enthalten tierische Zellen von Natur aus keine Chloroplasten. Matsunaga und seine Kollegen haben hier nachgeholfen.

„Soweit wir wissen, ist dies der erste Nachweis des photosynthetischen Elektronentransports in Chloroplasten, die in tierische Zellen implantiert wurden“, so Matsunaga. Der photosynthetische Elektronentransport erzeugt chemische Energie und ist für zahlreiche Zellfunktionen in Pflanzen und Algen notwendig.

„Wir dachten, dass die Chloroplasten von den tierischen Zellen innerhalb von Stunden nach dem Einbringen abgebaut würden. Jedoch fanden wir heraus, dass sie bis zu zwei Tage lang weiter funktionierten und der Elektronentransport der photosynthetischen Aktivität stattfand“, erklärt der Biologieprofessor.

Von künstlichem Gewebe …

Das Team setzte Chloroplasten aus Rotalgen in kultivierte Zellen von Hamstern ein und untersuchte anschließend die Struktur der Chloroplasten. Die  maßen und bestätigten, dass der Elektronentransport der photosynthetischen Aktivität mithilfe von Lichtimpulsen stattfand.

„Wir glauben, dass diese Arbeit für den Zell-Gewebe-Bau nützlich sein wird“, sagte Matsunaga. „Im Labor gezüchtete Gewebe wie Organe, Fleisch und Hautschichten bestehen aus mehreren Schichten von Zellen.“

In bisherigen künstlichen Geweben findet meist aufgrund der niedrigen Sauerstoffkonzentration keine Zellteilung statt und ein Wachsen ist nicht möglich. Durch die Beimischung von Zellen mit Chloroplasten erhoffen sich die Forscher, dass die Zellen durch Licht und Photosynthese den benötigten Sauerstoff herstellen. Dadurch würden sich die Bedingungen innerhalb des Gewebes verbessern und ein Wachstum wäre denkbar.

Funktionsweise der Photosynthese und einer Pflanzenzelle. Foto: nach VectorMine/iStock

… zur „grünen, kohlenstoffneutralen Gesellschaft“

Doch mit dieser Arbeit sind die japanischen Forscher bisher nicht an ihrem persönlichen Ziel angekommen. Vielmehr wollen sie die Schaffung von „planimalen“ Zellen fortsetzen und Tiere künftig mit den Eigenschaften von Pflanzen ausstatten.

Laut Matsunaga weisen tierische Zellen mit Chloroplasten eine erhöhte Zellwachstumsrate auf, was darauf hindeute, dass die Chloroplasten eine Kohlenstoffquelle (Brennstoff) für die Wirtszellen darstellen.

Die Forscher wollen in künftigen Studien untersuchen, welche Prozesse beim Austausch von Substanzen zwischen der Wirtszelle und den Chloroplasten ablaufen und welche zusätzlichen Substanzen produziert werden.

„Wir erwarten, dass planimale Zellen die Zukunft verändern und uns helfen können, eine grüne Transformation hin zu einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft zu erreichen. Wir werden weiterhin innovative Biotechnologien entwickeln, um eine nachhaltige Gesellschaft und die Reduzierung von Kohlendioxidemissionen zu verwirklichen“, so Matsunaga.

Was das im Kontext ihrer Forschung bedeutet, bleibt Spekulation. Eine denkbare Entwicklung wäre, dass schließlich Menschen eines Tages nicht nur auf Fleisch, sondern auf sämtliche Nahrung verzichten (sollen) und ihre Energie stattdessen von der Sonne beziehen. Machen wir dann auch Winterschlaf?

Die Studie erschien am 31. Oktober 2024 im Fachjournal „Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences“.