Zellbedarf

Zellbedarf bezeichnet den Ressourcenbedarf einer Zelle, der nötig ist, um grundlegende Erhaltungsvorgänge aufrechtzuerhalten und/oder Zellwachstum, Teilung und Funktion zu ermöglichen. Er umfasst Energie in Form von ATP, Kohlenstoffgerüste, Reduktionsäquivalente sowie Wasser und Ionen. Der Begriff betont Unterschiede zwischen dem Erhaltungsbedarf und dem zusätzlichen Bedarf für Biosynthese und Replikation.

Zu den wichtigsten Nährstoffen gehören Kohlenstoffquellen (z. B. Glukose), Stickstoffquellen (Aminosäuren, Ammonium), Phosphor, Schwefel, Spurenelemente, Vitamine und Wasser. Der konkrete Zellbedarf variiert stark mit Typ, Entwicklungszustand und Umweltbedingungen, wie Sauerstoffverfügbarkeit, pH-Wert und Temperatur. In Mikroorganismen wird der Begriff oft im Zusammenhang mit definierten Minimalmedien verwendet, während in Zellkultur und Bioprozessen das Medium so angepasst wird, dass Effektivität, Kosten und Produktivität ausgewogen sind.

Methoden zur Bestimmung des Zellbedarfs umfassen Messungen von Wachstumsraten, Nährstoffaufnahme und Stoffwechselumsätzen; in der Systembiologie kommen metabolische Modelle und Fluxanalysen zum Einsatz. Die Unterscheidung zwischen Basalbedarf und zusätzlichem Bedarf für Biosynthese ermöglicht eine differenzierte Optimierung von Kulturen und Prozessen.

Anwendungsbereiche reichen von der Gewebekultur und klinischen Ernährung über Fermentationstechniken bis hin zur Forschung zu Tumor- und Zellstoffwechsel, wo veränderte Zellbedarfsprofile oft zentral sind. Ein gutes Verständnis des Zellbedarfs unterstützt Mediumdesign, Kostenkontrolle und Produktivität.