Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn aus Beinen Flügel wachsen. Biologe erforscht Gene, die Zellen programmieren

14.10.2005


Wie kann sich aus einer befruchteten Eizelle ein ganzer Mensch entwickeln? Woher weiß eine Zelle, ob aus ihr ein Bein oder ein Arm entstehen soll? "Genau das wollen wir herausfinden", sagt Ansgar Klebes, der im Sommer 2004 als Juniorprofessor an die Freie Universität Berlin kam. Klebes ist Entwicklungsgenetiker und versucht, anhand der Fruchtfliege Drosophila melanogaster zu untersuchen, wie Zellen programmiert und welche Gene für die Programmierung entscheidend sind. Das ist auch für das Verstehen der menschlichen Entwicklung und vieler Krankheiten bis hin zu Krebserkrankungen von Bedeutung. Die Fruchtfliege ist aufgrund ihrer kurzen Entwicklungsphase ein bestens geeigneter Versuchspartner: Nur etwa zehn Tage dauert es, bis sich aus einem Ei ein ausgewachsenes Insekt entwickelt. Und obwohl die nur wenige Millimeter große Fliege ein viel einfacherer Organismus als der Mensch ist, sind viele Gene, die die Entwicklung bestimmen, ähnlich. Immerhin besteht das gesamte Erbgut der Fruchtfliege aus etwa 14.000 Genen, der vielfach komplexere Mensch hingegen nur aus schätzungsweise 20.000 bis 40.000.


Viele Gene der nur wenige Millimeter großen Fruchtfliege (Drosophila melanogaster), die die Entwicklung bestimmen, sind denen des Menschen ähnlich. Foto: FU



In jeder Zelle befindet sich das Genom, also das gesamte Erbgut eines Lebewesens. Trotzdem entwickeln sich ganz unterschiedliche Zelltypen, wie hoch spezialisierte Nervenzellen oder schlichte Hautzellen. "Jede Zelle verfügt zwar über die vollständige Gensammlung, aber manche Gene sind ausgeschaltet und deshalb praktisch funktionslos. Wie sich eine Zelle entwickelt, hängt also von der Zusammensetzung der Gene ab, die noch angeschaltet sind", so Klebes. Um die unterschiedlichen Zellentwicklungen genau zu verstehen, müssen die Biologen für jede Zelle feststellen, welche Gene in ihr angeschaltet und welche abgeschaltet sind. Das hat Klebes insbesondere für die Bein- und die Flügelzellen bei der Fruchtfliege interessiert. Das Ziel: Sie so zu manipulieren, dass sich aus einer ursprünglichen Beinzelle ein Flügel entwickelt. "Denn wenn wir wissen, wie Drosophila-Zellen funktionieren, können wir Rückschlüsse auf die menschlichen Zellen ziehen - und hoffentlich in nicht allzu ferner Zukunft Krankheiten bekämpfen, die heute nur schwer oder gar nicht zu heilen sind."

... mehr zu:
»Bein »Biologe »Flügelzellen »Fruchtfliege »Gen »Zelle


Mit einem genetischen Trick ist es Klebes gemeinsam mit amerikanischen Kollegen in San Francisco und Seattle gelungen, Zellen umzuprogrammieren. Sie haben Beinzellen der Fruchtfliege in Flügelzellen verwandelt. Dabei fanden die Biologen heraus, dass manche Gene die Fähigkeit haben, Regulatoren in den Zellen so zu steuern, dass die ihr festgelegtes Entwicklungsprogramm ändern können. "Diese Regulatoren haben eine Schalterfunktion, die bestimmt, welches Gen in jeder einzelnen Zelle an- oder abgeschaltet ist", erklärt Ansgar Klebes den Prozess. "Das heißt, dass genau diese Regulatoren einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklungsfähigkeit der eigentlich schon festgelegten Beinzellen haben, so dass sie sich überhaupt in Flügelzellen verwandeln können." Die Ergebnisse dieser Studie hat das deutsch-amerikanische Forscherteam im August in der internationalen Fachzeitschrift "Development" veröffentlicht.

Die Genetiker der Freien Universität Berlin wollen jetzt die Funktion dieser Gene auch in anderen Entwicklungsprozessen der Fliege näher untersuchen. "Wir hoffen, auf diese Weise Erkenntnisse über die Wirkung dieser Gene und ihrer Versionen beim Menschen zu erhalten", sagt Ansgar Klebes. "Interessanterweise spielen nämlich beim Menschen die gleichen Gene bei der Entwicklungsfähigkeit von erwachsenen Stammzellen eine zentrale Rolle." Gerade auf dem aktuellen Gebiet der Stammzellforschung hofft Klebes, mit der ethisch unbedenklichen Forschung an der Fruchtfliege wichtige Erkenntnisse beitragen zu können. Der Grundlagenforschung an menschlichen adulten Stammzellen stehen nämlich wichtige ethische und moralische Bedenken entgegen. "Auch wenn die Programmierung einer Drosophila-Beinzelle und die einer menschlichen Blutstammzelle nicht völlig vergleichbar ist, so scheinen doch die genetischen Schalter, die die Entwicklungsrichtung der Zelle bestimmen, sehr ähnlich zu sein", glaubt er.

Die Bein- und Flügelzellen der Fruchtfliege sind schon früh darauf festgelegt, sich zu einem Bein beziehungsweise Flügel zu entwickeln. Um die Beinzellen der Fruchtfliege umprogrammieren zu können, mussten die Wissenschaftler zunächst den genetischen Unterschied zwischen Bein- und Flügelzellen herausfinden und feststellen, welche Gene in welchen Zellen an- und ausgeschaltet sind. Dafür haben sie die Zellen mithilfe von Biochips miteinander verglichen: Ein Miniroboter ordnete alle 14.000 Fliegengene als winzige Tröpfchen reihenweise auf einer dünnen Glasscheibe an und fixierte sie. Auf diesen Biochips können die Forscher alle aktiven Gene aufleuchten lassen, so dass für jeden Zelltyp das komplette Inventar aller angeschalteten Gene ermittelt werden kann.

Von Ilka Seer

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Ansgar Klebes, Institut für Biologie der Freien Universität Berlin, Tel.: 030 / 838-55138, E-Mail: klebes@genetik.fu-berlin.de

Ilka Seer | idw

Weitere Berichte zu: Bein Biologe Flügelzellen Fruchtfliege Gen Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie
22.02.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften