Ein amerikanisches Physikerteam hat den Beginn der Fusion zweier Zellen erfolgreich mittels Röntgenstrahlen untersucht. Die sich berührenden Membranen der beiden Zellen bilden der Studie zu Folge zunächst einen Kanal, der die Form einer Sanduhr besitzt, berichten sie im Wissenschaftsmagazin Science (Band 297, S. 1877). Die Forscher hoffen, dass ein besseres Verständnis der Zellfusion die kontrollierte Zuführung von Medikamenten direkt in das Zellinnere ermöglichen wird.
Die von Huey Huang von der amerikanischen Rice Universität angeführte Wissenschaftlergruppe führte ihre Experimente mit der National Synchrotron Light Source am Brookhaven National Laboratory in New York durch. Zunächst stellten die Forscher einen kleinen Kristall aus Phospholipid-Membranen her. Diese Membranen ähneln den Zellmembranen menschlicher Zellen und konnten mit den Röntgenstrahlen des Synchrotrons abgebildet werden.
Danach leiteten die Forscher mit einem Dehydrierungs-Verfahren die Fusion zweier Membranebenen des Kristalls ein. Die Änderung der räumlichen Struktur der beiden Ebenen ließ sich dabei mittels der Röntgenstrahlen direkt verfolgen. Die Membranfusion wird demnach durch die Ausbildung eines sanduhrförmigen Kanals eingeleitet.
Zellmembranen bestehen aus einer Doppelschicht von Fettmolekülen, die mit einer Vielzahl von Membranproteinen durchsetzt ist. Über die Struktur dieser äußerst wichtigen biologischen Bausteine ist bisher nur wenig bekannt. Eines der größten Probleme besteht darin, dass sich Zellmembranen und Membranproteine nur schwer auskristallisieren lassen. Daher mussten die Forscher eine Reihe von Tricks anwenden, um einen Membrankristall herstellen zu können, der groß genug für die Röntgenanalyse war.
Röntgenstrahlen werden schon seit mehreren Jahrzehnten zur Untersuchung von biologischen Bausteinen wie etwa Proteinen eingesetzt. Dazu müssen diese allerdings stets in einer geordneten, kristallinen Struktur vorliegen. Die Röntgenstrahlen erzeugen bei ihrer Wechselwirkung mit dem Kristall ein regelmäßiges Beugungsmuster. Über eine als Fourier-Transformation dieses Musters bezeichnete mathematische Methode lässt sich dann die dreidimensionale räumliche Struktur der biologischen Bausteine bestimmen.
Stefan Maier
