Ein gemeinsames Forschungsteam des Tokyo Institute of Science und der Universität Basel in der Schweiz hat Fortschritte auf dem Gebiet der künstlichen Membranforschung erzielt. Durch katalytische chemische Reaktionen gelang es ihnen, das dynamische Verhalten künstlicher Membranen zu regulieren und so die physikalischen Veränderungen natürlicher biologischer Membranen nachzuahmen. Diese im *Journal of the American Chemical Society* veröffentlichte Entdeckung eröffnet eine neue Methode für die synthetische Zelltechnologie.

Das Forschungsteam entwickelte ein künstliches Metalloenzym, bestehend aus dem Protein Streptavidin und einem synthetischen Metallkatalysator. Dieses Enzym, immobilisiert auf der Oberfläche einer Lipidmembran, katalysiert eine geschlossene Metathese-Reaktion und setzt dabei freie Fettsäuren frei, die die Struktur der Membran verändern. Professor Kazushi Kanehara, der die Forschung leitete, erklärte: „Damit verleihen wir der synthetischen Membran gewissermaßen die Fähigkeit zu atmen und zu reagieren. Durch die Kontrolle der chemischen Reaktionen auf der Membranoberfläche können wir sie dazu bringen, sich wie eine lebende Zelle selbst zu reorganisieren.“ Diese Strategie der katalytischen Regulation ermöglicht erstmals die Programmierung des dynamischen physikalischen Verhaltens künstlicher Membranen mittels chemischer Methoden.

Molekulare Simulationen enthüllten den Reaktionsmechanismus: Fettsäuren, die aus dem katalysatoraktivierten Vorläufer freigesetzt werden, lagern sich in die Membranoberfläche ein und verändern deren Steifigkeit und Krümmung. Dies führt letztendlich zu sichtbaren Veränderungen wie dem Verschwinden von Phasentrennungsbereichen und der Membranspaltung. Dieses lebensähnliche Verhalten wird durch präzise katalytische Regulation erreicht und legt den Grundstein für die Entwicklung intelligenter Materialien, die Umweltsignale wahrnehmen und darauf reagieren können. Diese Forschung demonstriert einen neuartigen Ansatz zur Simulation lebensähnlichen Verhaltens mit chemischen Mitteln und liefert wertvolle Erkenntnisse für zukünftige innovative Therapien und die Entwicklung fortschrittlicher Materialien.

Weitere Informationen: Rei Hamaguchi et al., „Programmable Artificial Cell Membrane Dynamics via Closed-Ring Metathesis Reaction“, *Journal of the American Chemical Society* (2025).