Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Computational Biology : Zellen im Computer umprogrammiert

31.07.2013
Wissenschaftler am Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) der Universität Luxemburg haben ein Computer-Modell entwickelt, mit dessen Voraussagen ausdifferenzierte Zellen – etwa Hautzellen – im Labor sehr effizient in völlig andere Zelltypen – beispielsweise Nervenzellen – umgewandelt werden können.

Dabei müssen keine Stammzellen erzeugt werden. Die computerbasierte Anleitung zur Umprogrammierung von Zellen hat große Bedeutung für die regenerative Medizin. Die LCSB-Forscher präsentieren ihre Ergebnisse aktuell in dem renommierten Fachjournal „Stem Cells“.


Stammzellen
iStock

Zum ersten Mal erscheint damit in diesem Wissenschaftsjournal eine Veröffentlichung, die ausschließlich auf Ergebnissen der so genannten Computational Biology beruht. (DOI: 10.1002/stem.1473)

Sämtliche Zellen eines Organismus entstehen aus embryonalen Stammzellen, die sich teilen und dabei immer stärker ausdifferenzieren. Die resultierenden Gewebezellen befinden sich in einem stabilen Zustand: Eine Hautzelle verwandelt sich nicht spontan in eine Nerven- oder Herzmuskelzelle. „An solchen Umwandlungen sind Mediziner jedoch sehr interessiert. Daraus können sich neue Optionen für die regenerative Medizin ergeben“, sagt Professor Antonio del Sol, Leiter der Computational Biology-Gruppe am LCSB.

Das Ziel: Wenn zum Beispiel Nervengewebe erkrankt ist, entnehmen Ärzte Zellen aus gesundem Gewebe des Patienten, etwa aus der Haut. Diese Hautzellenprogrammieren sie so um, dass sich daraus gesunde Nervenzellen entwickeln. Diese neu erzeugten Nervenzellen werden dann in das erkrankte Gewebe eingepflanzt. Die Hoffnung besteht darin, dass so eines Tages Krankheiten wie Parkinson gelindert oder im Idealfall sogar geheilt werden können.

Die Techniken zur Zellprogrammierung sind sehr jung: Im vergangenen Jahr haben die Stammzellforscher Shinya Yamanaka und John Burdon den Nobelpreis dafür erhalten, dass sie ausdifferenzierte Körperzellen im Labor in Stammzellen zurückverwandeln konnten. Im Jahr 2010 ist erstmals im Labor die direkte Umwandlung von Haut- in Nervenzellen gelungen. Diese Verfahren beruhen jedoch bisher auf dem Prinzip von ‚Versuch und Irrtum’. Biologen arbeiten mit ausgeklügelten Mischungen von Molekülen, den Wachstumsfaktoren, die in bestimmter Abfolge den Zellkulturen zugesetzt werden. Damit lässt sich die genetische Aktivität im Prozess der Umwandlung steuern.

Variables Springen zwischen verschiedenen Zelltypen möglich

Jetzt ersetzen die LCSB-Forscher ‚Versuch und Irrtum’ durch Computerberechnungen, wie Isaac Crespo, Informatiker und Doktorand am LCSB, erläutert: „Unser theoretisches Modell nutzt Datenbanken, in denen enormes Wissen über Genaktivitäten und ihre Wirkung gespeichert ist. Mit Hilfe der Daten identifiziert das Modell die Gene, die für die Stabilität ausdifferenzierter Zellen sorgen. Anschließend macht das System Vorschläge, welche Gene in den Ausgangszellen zu welchem Zeitpunkt ein- und wieder ausgeschaltet werden müssen, um sie in einen anderen Zelltyp zu verwandeln.“

„Unsere Vorhersagen haben sich im Labor als sehr genau herausgestellt“, sagt Professor del Sol: „Dabei ist es völlig gleichgültig, wie ähnlich sich die Zellen sind. Die Modellierungen treffen bei Zelllinien zu, die sich im Zellstammbaum gerade erst getrennt, als auch bei solchen, die sich schon sehr weit voneinander entfernt haben.“ del Sols und Crespos Modell ermöglicht also ein sehr variables Springen zwischen ganz verschiedenen Zelltypen - ohne den Umweg über Stammzellen.

Der jetzt für die Biologen anstehende nächste Schritt ist ein gewaltiger: Sie müssen nun die Wachstumsfaktoren finden, die die gewünschten Genaktivitäten in der richtigen und vorhergesagten Reihenfolge ablaufen lassen.

Weitere Informationen:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/stem.1473/abstract
- Link zur Publikation
http://www.uni.lu/lcsb
- Homepage des LCSB

Britta Schlüter | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni.lu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik