Zu Beginn des Lebens kann aus einer Zelle ein vollständiges Lebewesen heranreifen. Das ist eines der großen Wunder der Biologie. Auch in einem Embryo aus zwei Zellen, besitzen beide Zellen das volle Programm. Zellen, die das können, sind totipotent. Sie bilden nicht nur alle Körpergewebe, sondern auch die Plazenta. Totipotente Zellen sind noch ursprünglicher als embryonale Stammzellen.
Forscher aus Straßburg und Münster konnten nun erstmals solche totipotenten Zellen im Labor züchten. Juanma Vaquerizas forscht dazu am Max-Planck-Institut für Molekulare Biomedizin in Münster mit Mäusezellen.
"Wir starteten mit embryonalen Stammzellen. Diese sind pluripotent und können sich in unterschiedliche Zelltypen verwandeln. Dann haben wir in diesen Zellen einen Eiweißkomplex namens CAF 1 inaktiviert. Dieser Komplex kontrolliert den Aufbau des Chromatins."
Ein deutlich sichtbarer Unterschied
Das Chromatin ist das Material, aus dem die Chromosomen bestehen. Sie befinden sich im Zellkern jeder Zelle und tragen die Erbinformation. Gespeichert ist sie als langer Faden des Erbmoleküls DNA. Der Faden ist um bestimmte Eiweiße gewickelt, die Histone. Als die Forscher aus Straßburg und Münster den Protein-Komplex namens CAF 1 inaktivierten, änderte sich der Aufbau der Chromosomen im Zellkern. Gleichzeitig wurden aus Vielkönnern Alleskönner.
"Der Unterschied zwischen den pluripotenten und den totipotenten Zellen ist deutlich sichtbar. Der Zellkern sieht anders aus. Je weiter sich die Zellen spezialisieren, umso häufiger sehen wir unter dem Mikroskop dicht gepackte, inaktive Bereiche auf den Chromosomen."
Die Chromosomen der totipotenten Zellen besitzen weniger Histone. Sie sind nicht so fest verpackt und deshalb beweglicher. Viele Gene auf ihrem DNA-Faden sind aktiv – mehr als bei den pluripotenten Zellen. Deshalb besitzen totipotente Zellen mehr Fähigkeiten als pluripotente. Maria-Elena Torres-Padilla vom Institut für Genetik, Molekular- und Zellbiologie in Straßburg, sieht darin einen wichtigen Fortschritt - nicht nur für die Grundlagenforschung.
"Wenn es gelingt, die Entwicklung von Zellen einen Schritt weiter zurückzudrehen, dann erhalten die Zellen zusätzliche Möglichkeiten. Und wir Forscher können die Entwicklung besser steuern. Das kann möglicherweise hilfreich sein, um neue Methoden für die regenerative Medizin zu entwickeln."
Klonen ohne Klontechnik
Theoretisch können die Forscher die Uhr der biologischen Entwicklung jetzt so weit zurückdrehen, dass aus einer reifen Körperzelle ein vollständiger Organismus entsteht. Das wäre Klonen ohne Klontechnik. Aber das ist nicht das Ziel der Forscher, und daran arbeiten sie auch nicht, betont Maria-Elena Torres-Padilla.
"Ob diese Vorgänge beim Menschen genauso ablaufen, wissen wir nicht. Wir haben keine Versuche mit menschlichen Zellen durchgeführt. Das wäre ethisch problematisch. Wir haben auch nicht daran gearbeitet, Mäuse auf diesem Wege im Labor zu erzeugen. Uns geht es darum, die Vielseitigkeit der Zellen zu erhöhen."
Gewebe nach Wunsch
Die Idee dahinter: Je besser sich die Zellen dirigieren lassen, umso einfacher ist es, Gewebe nach Wunsch im Labor zu züchten. Natürlich müssten die Forscher vor der Anwendung in der Medizin auch Experimente mit menschlichen Zellen machen.
