Die Medizin der Zukunft könnten künstliche Lebensformen sein

Der außerordentliche Professor Chenguang Lou vom Fachbereich Physik, Chemie und Pharmazie der Universität Süddänemark ist zusammen mit Professor Hanbin Mao von der Kent State University der Vater eines speziellen künstlichen Hybridmoleküls, das zur Entstehung künstlicher Lebensformen führen könnte. Sie haben jetzt in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science einen Bericht über den Stand der Forschung auf dem Gebiet veröffentlicht, das ihrer Entstehung zugrunde liegt. Das Gebiet heißt „Hybridpeptid-DNA-Nanostrukturen“ und ist ein aufstrebendes Gebiet, das noch keine zehn Jahre alt ist.

Lous Vision ist die Entwicklung viraler Impfstoffe (modifizierte und abgeschwächte Versionen eines Virus) und künstlicher Lebensformen, die zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten eingesetzt werden können.

„In der Natur haben die meisten Organismen natürliche Feinde, einige jedoch nicht. Beispielsweise haben einige krankheitsverursachende Viren keinen natürlichen Feind. Es wäre ein logischer Schritt, eine künstliche Lebensform zu schaffen, die zu einem Feind für sie werden könnte“, sagte er sagt.

Ebenso stellt er sich vor, dass solche künstlichen Lebensformen als Impfstoffe gegen Virusinfektionen dienen und als Nanoroboter oder Nanomaschinen eingesetzt werden können, die mit Medikamenten oder diagnostischen Elementen beladen und in den Körper eines Patienten geschickt werden können.

„Ein künstlicher viraler Impfstoff könnte noch etwa 10 Jahre entfernt sein. Eine künstliche Zelle hingegen ist am Horizont, weil sie aus vielen Elementen besteht, die kontrolliert werden müssen, bevor wir mit dem Bau beginnen können. Aber mit dem Wissen, das wir haben.“ „Es gibt grundsätzlich kein Hindernis dafür, in Zukunft künstliche Zellorganismen zu produzieren“, sagt er.

Welche Bausteine ​​werden Lou und seine Kollegen auf diesem Gebiet verwenden, um virale Impfstoffe und künstliches Leben zu schaffen? DNA und Peptide gehören zu den wichtigsten Biomolekülen in der Natur, was die DNA-Technologie und die Peptidtechnologie heute zu den beiden leistungsstärksten molekularen Werkzeugen im nanotechnologischen Werkzeugkasten macht. Die DNA-Technologie bietet eine präzise Kontrolle über die Programmierung, von der Atomebene bis zur Makroebene, kann jedoch nur begrenzte chemische Funktionen bereitstellen, da sie nur über vier Basen verfügt: A, C, G und T. Die Peptidtechnologie hingegen kann dies stellen im großen Maßstab ausreichende chemische Funktionen bereit, da 20 Aminosäuren zur Verfügung stehen. Die Natur nutzt sowohl DNA als auch Peptide, um verschiedene Proteinfabriken in Zellen aufzubauen, die es ihnen ermöglichen, sich zu Organismen zu entwickeln.

Kürzlich ist es Hanbin Mao und Chenguang Lou gelungen, entworfene dreisträngige DNA-Strukturen mit dreisträngigen Peptidstrukturen zu verbinden und so ein künstliches Hybridmolekül zu schaffen, das die Stärken beider vereint. Diese Arbeit wurde 2022 in Nature Communications veröffentlicht.

Auch anderswo auf der Welt arbeiten andere Forscher an der Verbindung von DNA und Peptiden, da diese Verbindung eine starke Grundlage für die Entwicklung fortschrittlicherer biologischer Einheiten und Lebensformen bildet.

An der Universität Oxford ist es Forschern gelungen, eine Nanomaschine aus DNA und Peptiden zu bauen, die eine Zellmembran durchbohren und so einen künstlichen Membrankanal schaffen kann, durch den kleine Moleküle gelangen können. (Spruijt et al., Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 739-745)

An der Arizona State University haben Nicholas Stephanopoulos und Kollegen die Selbstorganisation von DNA und Peptiden zu 2D- und 3D-Strukturen ermöglicht. (Buchberger et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1406-1416)

An der Northwest University haben Forscher gezeigt, dass sich Mikrofasern in Verbindung mit der Selbstorganisation von DNA und Peptiden bilden können. DNA und Peptide wirken auf Nanoebene. Wenn man also die Größenunterschiede berücksichtigt, sind Mikrofasern riesig. (Freeman et al., Science, 2018, 362, 808-813)

An der Ben-Gurion-Universität des Negev haben Wissenschaftler mithilfe von Hybridmolekülen eine zwiebelartige kugelförmige Struktur mit Krebsmedikamenten geschaffen, die vielversprechend für den Einsatz im Körper zur Bekämpfung von Krebstumoren ist. (Chotera et al., Chem. Eur. J., 2018, 24, 10128-10135)

„Meiner Ansicht nach besteht der Gesamtwert all dieser Bemühungen darin, dass sie dazu genutzt werden können, die Fähigkeit der Gesellschaft zur Diagnose und Behandlung kranker Menschen zu verbessern. Mit Blick auf die Zukunft werde ich mich nicht wundern, dass wir eines Tages willkürlich hybride Nanomaschinen, virale Impfstoffe usw. entwickeln können „Sogar künstliches Leben aus diesen Bausteinen zu formen, um der Gesellschaft bei der Bekämpfung dieser schwer heilbaren Krankheiten zu helfen. Das wäre eine Revolution im Gesundheitswesen“, sagt Chenguang Lou.