Die Fähigkeit von Pflanzen, Sonnenlicht in Nahrung umzuwandeln, ist eine beneidenswerte Superkraft. Nun haben Forscher gezeigt, dass sie Tierzellen dazu bringen können, dasselbe zu tun. Die Photosynthese bei Pflanzen und Algen wird von winzigen Organellen namens Chloroplasten durchgeführt, die Sonnenlicht in Sauerstoff und chemische Energie umwandeln. Während die Ursprünge dieser Strukturen unklar sind, glauben Wissenschaftler, dass es sich um photosynthetische Bakterien handeln könnte, die von urzeitlichen Zellen absorbiert wurden. Unsere Vorfahren hatten nicht so viel Glück, aber nun haben Forscher der Universität Tokio es geschafft, die evolutionäre Geschichte neu zu schreiben.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie berichtete das Team, dass sie erfolgreich Chloroplasten in Hamsterzellen implantiert hatten, wo sie mindestens zwei Tage lang Energie durch den photosynthetischen Elektronentransportprozess erzeugten. „Soweit wir wissen, handelt es sich hierbei um den ersten nachgewiesenen Nachweis des photosynthetischen Elektronentransports in Chloroplasten, die in Tierzellen implantiert wurden“, sagte Professor Sachihiro Matsunaga in einer Pressemitteilung.
Einige Tiere haben bereits von den Vorteilen der Photosynthese profitiert – insbesondere Riesenmuscheln, die Algen in einer symbiotischen Beziehung beherbergen. Und es ist nicht das erste Mal, dass versucht wurde, photosynthetische Fähigkeiten in verschiedene Zelltypen einzubringen. Frühere Studien hatten es geschafft, eine Art Chimäre zwischen photosynthetischen Cyanobakterien und Hefezellen herzustellen. Aber die Transplantation von Chloroplasten in Tierzellen ist eine größere Herausforderung.
Eines der Hauptprobleme, mit denen die Forscher konfrontiert waren, ist, dass die meisten algenartigen Chloroplasten unter 37 Grad Celsius inaktiv werden (98.6 Grad Fahrenheit), aber Tierzellen müssen bei diesen niedrigeren Temperaturen kultiviert werden. Dies veranlasste sie dazu, Chloroplasten aus einer Art von Alge namens Cyanidioschyzon merolae auszuwählen.
Nachdem sie die Chloroplasten der Alge isoliert und sie in Hamsterzellen injiziert hatten, kultivierten die Forscher sie mehrere Tage lang. Während dieser Zeit überprüften sie die photosynthetische Aktivität mithilfe von Lichtimpulsen und bildeten die Zellen ab, um den Standort und die Struktur der Chloroplasten zu bestimmen. Sie entdeckten, dass die Organellen auch nach zwei Tagen noch Energie produzierten.
Sie fanden sogar heraus, dass die sogenannten „Planimal“-Zellen schneller wuchsen als normale Hamsterzellen und schlugen vor: „Durch das Einmischen von chloroplastimplantierten Zellen könnte Sauerstoff durch Photosynthese zugeführt werden.“
Dennoch begannen sich nach zwei Tagen die Chloroplasten abzubauen und bis zum vierten Tag schien die Photosynthese gestoppt zu sein. Dies liegt wahrscheinlich daran,dass sich das tierische Zellgewebe anfing mit den fremden Organismus anzupassen.
