Der Hase frisst Pflanzen, der Fuchs frisst den Hasen, und der Jäger schießt den Fuchs. Alle haben zeitlebens unter Parasiten zu leiden, und werden letztlich von Pilzen und Bakterien zersetzt. So sieht das Leben in einem natürlichen Ökosystem aus. Die Regeln bestimmt die Natur, nicht der Mensch.
Anders ist das in einem künstlichen Ökosystem. Was hier - gewissermaßen im Glas - abläuft bestimmt der Experimentator. In diesem Fall: Wilfried Weber vom Institut für Chemie- und Bioingenieur-Wissenschaften an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich.
" In unserem Reagenzglas haben wir einerseits menschliche Zellen oder tierische Zellen, zum Beispiel Hamsterzellen, und bilden somit einen höheren Organismus nach. Und auf der anderen Seite haben wir verschiedene Bakterien in unserem Reagenzglas: zum Beispiel Bodenbakterien, aber auch Bakterien, die den Menschen befallen können, krankheitsmachende Bakterien. Und dann können wir dort die Wechselwirkungen zwischen diesen Bakterien und den menschlichen Zellen untersuchen. "
Zellen, die sich gegenseitig bekämpfen oder auch unterstützen oder miteinander kommunizieren. Ökologie im Reagenzglas. Richtig spannend wird es dann, wenn Wilfried Weber noch einen Mitspieler ins Glas schickt.
" Wir sind weiter gegangen zu einem Ökosystem mit drei Arten. Das ist das komplexeste, was wir zur Zeit haben. Und dort interagieren eine Hefezelle, eine Bakterienzelle und eine menschliche Zelle miteinander. Und die Hefezelle ist sozusagen der Entscheidungsmacher. Die Hefezelle entscheidet, ob die Bakterienzelle oder die menschliche Zelle überleben kann. "
Das funktioniert so: Die Hefe wandelt Alkohol in ein Aldehyd um, das sie in die Luft abgibt. Das Aldehyd wird von der menschlichen Zelle erkannt. Als Reaktion produziert die Menschenzelle ein Eiweiß, das die Bakterien fördert. Die Bakterien befallen die menschliche Zelle, die kann sich nicht mehr wehren, und schließlich sind Hefe und Bakterien unter sich. So kann es ablaufen, aber auch ganz anders. Wilfried Weber muss nur die Spielregeln verändern.
" Solch ein Auf und Ab der Zelldichten von Wirt und Parasit, das ist ein sehr fundamentaler Mechanismus in der Natur. Und das heißt: Wir können mit unserem synthetischen Ökosystem diese komplexen, natürlichen Vorgänge nachbilden, modellieren und besser verstehen, wie die Arten in der Natur miteinander leben. "
Dabei müssen Hefe, Menschenzelle und Bakterium gar nicht im selben Glas schwimmen. Es geht auch via Kommunikation durch die Luft. Einfach mit offenen Zellkulturschalen in einem abgeschlossenen Brutschrank bei 37 Grad Celsius. Die Kommunikation zwischen den Arten beginnt mit Alkohol. Eine Senderzelle, in diesem Fall vom Hamster, baut den Alkohol ab zu Aldehyd. Das Aldehyd diffundiert durch die Luft im Brutschrank zu einer Empfängerzelle. Die produziert ein Eiweiß, und das setzt weitere Reaktionen in Gang. Das lässt sich beliebig ausbauen.
Dazu müssen die Zellen allerdings gentechnisch so umkonstruiert werden, dass sie einander verstehen. Sie müssen mit jeweils passenden Sendern und Empfängern ausgerüstet werden Dieses Prinzip ließe sich auch in der Medizin nutzen, bei der Bekämpfung krankmachender Bakterien. Davon ist Wilfried Weber überzeugt.
" Pathogene Bakterien produzieren häufig Signalmoleküle oder Botenmoleküle. Aber normalerweise kann diese bakterielle Sprache nicht von den menschlichen Zellen wahrgenommen werden. Und wir haben in einer Studie kürzlich gezeigt, dass wir die Empfänger für die bakterielle Sprache aus den Bakterien entnehmen können und in die menschlichen Zellen einpflanzen können. Somit sind die menschlichen Zellen in der Lage, die Gegenwart von krankheitsmachenden Bakterien wahrzunehmen, in dem sie einfach bei der Bakterienkommunikation mitlauschen. Einfach mithören. "
In der Zellkultur, im Glas, funktioniert das. Und auch mit Mäusen haben die Wissenschaftler das Konzept schon ausprobiert. Bis zu Menschenversuchen ist es aber noch ein weiter Weg. Vieles muss vorab geklärt werden. Schließlich würde der Mensch selbst durch diese Veränderung zu einer Art "künstlichem Ökosystem".
Anders ist das in einem künstlichen Ökosystem. Was hier - gewissermaßen im Glas - abläuft bestimmt der Experimentator. In diesem Fall: Wilfried Weber vom Institut für Chemie- und Bioingenieur-Wissenschaften an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich.
" In unserem Reagenzglas haben wir einerseits menschliche Zellen oder tierische Zellen, zum Beispiel Hamsterzellen, und bilden somit einen höheren Organismus nach. Und auf der anderen Seite haben wir verschiedene Bakterien in unserem Reagenzglas: zum Beispiel Bodenbakterien, aber auch Bakterien, die den Menschen befallen können, krankheitsmachende Bakterien. Und dann können wir dort die Wechselwirkungen zwischen diesen Bakterien und den menschlichen Zellen untersuchen. "
Zellen, die sich gegenseitig bekämpfen oder auch unterstützen oder miteinander kommunizieren. Ökologie im Reagenzglas. Richtig spannend wird es dann, wenn Wilfried Weber noch einen Mitspieler ins Glas schickt.
" Wir sind weiter gegangen zu einem Ökosystem mit drei Arten. Das ist das komplexeste, was wir zur Zeit haben. Und dort interagieren eine Hefezelle, eine Bakterienzelle und eine menschliche Zelle miteinander. Und die Hefezelle ist sozusagen der Entscheidungsmacher. Die Hefezelle entscheidet, ob die Bakterienzelle oder die menschliche Zelle überleben kann. "
Das funktioniert so: Die Hefe wandelt Alkohol in ein Aldehyd um, das sie in die Luft abgibt. Das Aldehyd wird von der menschlichen Zelle erkannt. Als Reaktion produziert die Menschenzelle ein Eiweiß, das die Bakterien fördert. Die Bakterien befallen die menschliche Zelle, die kann sich nicht mehr wehren, und schließlich sind Hefe und Bakterien unter sich. So kann es ablaufen, aber auch ganz anders. Wilfried Weber muss nur die Spielregeln verändern.
" Solch ein Auf und Ab der Zelldichten von Wirt und Parasit, das ist ein sehr fundamentaler Mechanismus in der Natur. Und das heißt: Wir können mit unserem synthetischen Ökosystem diese komplexen, natürlichen Vorgänge nachbilden, modellieren und besser verstehen, wie die Arten in der Natur miteinander leben. "
Dabei müssen Hefe, Menschenzelle und Bakterium gar nicht im selben Glas schwimmen. Es geht auch via Kommunikation durch die Luft. Einfach mit offenen Zellkulturschalen in einem abgeschlossenen Brutschrank bei 37 Grad Celsius. Die Kommunikation zwischen den Arten beginnt mit Alkohol. Eine Senderzelle, in diesem Fall vom Hamster, baut den Alkohol ab zu Aldehyd. Das Aldehyd diffundiert durch die Luft im Brutschrank zu einer Empfängerzelle. Die produziert ein Eiweiß, und das setzt weitere Reaktionen in Gang. Das lässt sich beliebig ausbauen.
Dazu müssen die Zellen allerdings gentechnisch so umkonstruiert werden, dass sie einander verstehen. Sie müssen mit jeweils passenden Sendern und Empfängern ausgerüstet werden Dieses Prinzip ließe sich auch in der Medizin nutzen, bei der Bekämpfung krankmachender Bakterien. Davon ist Wilfried Weber überzeugt.
" Pathogene Bakterien produzieren häufig Signalmoleküle oder Botenmoleküle. Aber normalerweise kann diese bakterielle Sprache nicht von den menschlichen Zellen wahrgenommen werden. Und wir haben in einer Studie kürzlich gezeigt, dass wir die Empfänger für die bakterielle Sprache aus den Bakterien entnehmen können und in die menschlichen Zellen einpflanzen können. Somit sind die menschlichen Zellen in der Lage, die Gegenwart von krankheitsmachenden Bakterien wahrzunehmen, in dem sie einfach bei der Bakterienkommunikation mitlauschen. Einfach mithören. "
In der Zellkultur, im Glas, funktioniert das. Und auch mit Mäusen haben die Wissenschaftler das Konzept schon ausprobiert. Bis zu Menschenversuchen ist es aber noch ein weiter Weg. Vieles muss vorab geklärt werden. Schließlich würde der Mensch selbst durch diese Veränderung zu einer Art "künstlichem Ökosystem".