Neurobiologie: Zellbiologie

Die Zellbiologie oder Cytologie erforscht Zellen, die kleinsten Einheiten des Lebens. Zu ihren wesentlichen Untersuchungsmethoden gehören die unterschiedlichen licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren. Dadurch erkannte man die verschiedenen Zellorganellen sowie wichtige strukturelle Bestandteile, etwa die Membranen oder das Cytoskelett.

Neue Forschungsschwerpunkte bekam die Cytologie mit der Entwicklung verschiedener biochemischer Trenn- und Analysemethoden. Durch die Zentrifugation etwa ließen sich Zellen in einzelne Bestandteile zerlegen, die genauer untersucht werden konnten. Die Isolierung und Identifikation von Inhaltsstoffen gelang mithilfe der Chromatographie. Stoffwechselwege wurden insbesondere durch die Isotopentechnik aufgeklärt. Dabei schleust man radioaktive Isotope in Moleküle ein und untersucht anhand ihrer Strahlung, in welchen Produkten und Zwischenprodukten des Stoffwechsels sie wieder auftauchen.

Die Bildung von Zellen stand am Anfang des Lebens und begann vor rund vier Milliarden Jahren. Die ersten Zellen waren sehr einfach aufgebaut. Sie besaßen keinen Zellkern, waren also Prokaryoten. Im Laufe der Zeit bildete sich in einigen Zellen ein komplexes Membransystem. So entwickelten sich neben den Prokaryoten Einzeller mit einem Zellkern, Eukaryoten
genannt.

In den ersten zwei Milliarden Jahren nach der Entstehung der ersten Zellen waren alle Lebewesen Einzeller. Vielzeller, wie etwa die Wasserpest, sind aus vielen Zellen aufgebaut. Diese haben einen gemeinsamen Stoffwechsel und einzelne Zellen haben besondere Aufgaben übernommen, etwa die Fortpflanzung. Solche spezialisierten Zellen zeigen oft vielfache Angepasstheiten an ihre Funktion.

Forschung

Seit sich die Zellbiologie als Wissenschaft etabliert hat, wurde versucht, einzelne Zellen und Gewebe von Tieren
oder Pflanzen in Nährlösungen am Leben zu erhalten, um sie zu untersuchen. Schon 1885 gelang es, Zellen
aus Hühnerembryonen in einer Salzlösung für mehrere Tage am Leben zu erhalten. Solche Zellen, die in einem
Nährmedium kultiviert werden, bezeichnet man als Zellkulturen. Sie sind ein wichtiges Arbeitsmaterial
in der Zellbiologie.

Die ersten menschlichen Zellen, die man in Zellkulturen halten konnte, waren die sogenannten HELA-Zellen. 1951 hatte man sie als Probe aus dem Gebärmutterhalstumor von Henrietta Larcks entnommen. Die Patientin
starb mit 31 Jahren an ihrer Krebserkrankung. Ihre Tumorzellen teilen sich in Nährlösungen noch heute
ungehemmt weiter. Sie liefern Zellmaterial zu Forschungszwecken und sind weltweit in zahlreichen Labors vorrätig. Viele Arzneimittel konnten mit HELA-Zellen entwickelt werden. Würde man heute alle HELA-Zellen zusammentragen, so wären es mehr Zellen, als Henrietta Larcks je hatte.

Schwerpunkte der zellbiologischen Forschung liegen heutzutage auf der Zellteilung, der Differenzierung von
Zellen und dem programmierten Zelltod, der Apoptose. Durch Apoptose werden Zellen, die der Körper nicht
mehr benötigt, beseitigt. Dieser Prozess hat sich als ein neues universelles Merkmal von eukaryotischen Zellen
herausgestellt.