Darstellung und Entwicklung von Ensembles synthetischer Selbstreplikatoren

• Antragsteller: Dr. Elie Benchimol
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562620671

Eine der faszinierendsten aktuellen wissenschaftlichen Herausforderungen ist zu verstehen, wie Leben aus chemischen Systemen entsteht. Ein vielversprechender Weg, diese Herausforderung zu meistern, ist der Aufbau von Leben ausgehend von synthetischen Molekülen. Es wurde bereits beobachtet, dass synthetische chemische Systeme zur Selbstreplikation, zum Stoffwechsel, zur Kompartimentierung und sogar zu rudimentären Formen der darwinistischen Evolution fähig sein können. Die derzeitige Begrenzung liegt in der Erschaffung einer sinnvollen darwinistischen Evolution, welche eine Vergrößerung des diesen Systemen zur Verfügung stehenden Evolutionsraums bei gleichzeitiger Vermeidung des Eigen-Paradoxons erfordert. Ziel des Projekts ist es, diese Herausforderung durch die darwinistische Evolution auf Basis von vollständig synthetischen Gemeinschaften von Selbstreplikatoren anzugehen. Die Replikatoren werden aus Bausteinen hergestellt, welche zwei Thiole enthalten, die die Bausteine durch Oxidation zu Disulfid-Oligomeren verbinden. Die Bausteine tragen kurze Peptidsequenzen, welche zu β-Faltblättern assemblieren. Die Oligomere durchlaufen eine supramolekulare Polymerisation zu Fasern (die von den β-Faltblättern zusammengehalten werden), welche exponentiell brechen und replizieren und dabei ihre eigene Bildung katalysieren. Systeme, die aus einem (oder in wenigen Fällen zwei) Baustein(en) bestehen, sind zwar realisiert worden, weisen aber nicht die für die Evolution erforderliche Vielfalt auf. Im Rahmen dieses Projekts sollen mehrere Bausteine kombiniert werden, um die Möglichkeiten für Mutation und Evolution in Systemen mit Multi-Replikatorsystemen verbessern. Die Blöcke werden so konzipiert, dass die Mutationsraten für eine darwinistische Evolution ausreichen, aber nicht zu hoch sind, damit die in den Replikatoren enthaltenen Informationen an die nachfolgenden Generationen weitergegeben werden können. Die Koevolution der Replikatoren wird durch unterschiedliche „Nahrungs“-Nischen gewährleistet. Die Kooperation zwischen den Replikatoren wird dann dadurch erreicht, dass sie kollektiv einen gemeinsamen Stoffwechsel betreiben (d. h. jeder Replikator katalysiert einen anderen Schritt in der Synthese seiner „Nahrung“). Durch Veränderung der Umwelt-/Experimentalbedingungen wird ein Selektionsdruck ausgeübt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Systeme einen wichtigen nächsten Schritt in der De-novo-Synthese des Lebens darstellen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Sijbren Otto