Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler beleuchten „dunkle Materie“ in der Biologie

20.01.2014
Forscher der Humboldt-Universität zu Berlin und der Universität Lausanne haben die Funktion und Evolution einer bislang unverstandenen Kategorie von Genen untersucht, die eine entscheidende Rolle für die Funktion unserer Organe und der Embryonalentwicklung spielen.

Die klassische Funktion eines Gens ist die Kodierung von Informationen für die Synthese von Proteinen, die für die Funktion von Zellen essentiell sind. Das Genom des Menschen und anderer Wirbeltiere enthält aber auch solche Gene, die lange, nicht-kodierende RNA-Stränge produzieren und deren Funktion bislang im Dunkeln lag.

Seit fünf Jahren ist bekannt, dass tausende solcher Gene mit bislang unbekannter Funktion beim Menschen und anderen Säugetieren vorkommen. Wie und in welchen Organen werden sie aktiviert? Bedeuten sie eine Art „dunkle Materie“ in der Biologie ohne jede Funktion? Sollten diese Abschnitte wirklich keinen Nutzen haben? Warum wurden sie dann über viele Millionen Jahre konserviert?

Um diese Fragen zu beantworten konnten Wissenschaftler der Humboldt-Universität in Zusammenarbeit mit dem EPFL (Écolepolytechnique fédérale de Lausanne), dem Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) zeigen in einem Artikel der Zeitschrift Nature, dass einige dieser Gene über einen langen Zeitraum der Evolution Bestand hatten und unter den heute lebenden Organismen in elf untersuchten Arten, von Vertretern der Amphibien bis hin zum Menschen, nachweisbar sind.

Elf Arten wurden verglichen

Ein Team unter der Leitung von Prof. Henrik Kaessmann von der Universität Lausanne (Center for Integrative Genomics) hat einen umfassenden Katalog solcher Gene zusammengestellt. Eine evolutionäre Analyse hat ergeben, dass bereits vor 90 Millionen Jahren mindesten 2500 solcher Gene beim gemeinsamen Vorfahren der heute lebenden höheren Säugetiere (Placentalia) vorhanden waren. Die funktionelle Analyse dieser Gene ergab aufschlussreiche Ergebnisse. Es wurden sechs Primatenarten (Mensch, Rhesusaffe, Schimpanse, Bonobo, Gorilla und Orang-Utan), ein Vertreter der Nagetiere (Hausmaus), ein Vertreter der Beuteltiere (Opossum) und sogar ein Vertreter der seltenen eierlegenden Säugetiere (Schnabeltier) untersucht und mit Vertretern der sogenannten Außengruppe (Amphibien, Vögel) verglichen. Der gemeinsame Vorfahre dieser systematischen Gruppen lebte vor etwa 350 Millionen Jahren.

Evolution

Durch den Vergleich der gewonnen Ergebnisse mit Informationen aus entsprechenden Datenbanken und dem konsequenten Einsatz der Bioinformatik konnten aus der unendlich-scheinenden Informationsflut der untersuchten Genome mehrere tausend solcher nicht-kodierenden Gene identifiziert werden. Der vergleichende Ansatz ergab auch Aufschlüsse über die Entstehung dieser Gene während der Evolution. So waren 11000 dieser nicht-kodierenden Gene beim Vorfahren der Primaten vorhanden, 2500 können für die gemeinsame Stammart der höheren Säugetiere angenommen werden und selbst der gemeinsame Vorfahre aller untersuchten Vertreter der Wirbeltiere besaß bereits ein hundert dieser nicht-kodierenden Gene. Welche Funktion kann also diesen Abschnitten des Genoms zugesprochen werden?

Die Antwort auf diese Frage ist komplex aber es ist immerhin erstaunlich, dass kodierende und nicht-kodierende Gene offensichtlich von denselben Transkriptionsfaktoren reguliert werden und zwar in organspezifischer Ausprägung. Andere wiederum werden nur im Zusammenhang mit der Embryonalentwicklung reguliert. So ist vorstellbar, dass die Embryonalentwicklung der höheren Säugetiere, mit ihrer langen Entwicklung im Mutterleib und den bislang rätselhaften Beziehungen zwischen mütterlichem und kindlichem Organismus , besonders auch der Plazenta, nur auf dieser Grundlage verstanden werden können. „Dies wäre ein Durchbruch im Verständnis für die Fortpflanzung der Säugetiere“,sagt Ulrich Zeller von der Humboldt-Universität zu Berlin.

Neues Netzwerk interagierender Gene
In der dritten Phase der Untersuchung konnten die Wissenschaftler zeigen, dass es offensichtlich ein Netzwerk von Interaktionen zwischen kodierenden und nicht-kodierenden Genabschnitten gibt, die spezifisch für bestimmte Gewebe oder Organe sind. So wurden beispielsweise solche funktionellen Verknüpfungen im Gehirn oder auch in keimzellenbildenden Geweben (z.B. Hoden) gefunden. Es ist deshalb sehr wahrscheinlich, dass nicht-kodierende Genabschnitte, die bislang als „dunkle Materie“ der Biologie betrachtet wurden, eine entscheidende Rolle für die Funktion unserer Organe und der Embryonalentwicklung spielen. „Organismische und molekulare Biologie stehen sich offensichtlich nicht mehr verständnislos gegenüber. Vielmehr scheint es so zu sein, dass die Forschungsergebnisse und der daraus resultierende Denkansatz einen neuen Impuls in Richtung einer umfassenden, holistischen Betrachtungsweise setzen, die einer molekularen Morphologieund Evolutionsbiologie nahekommt“,erklärt Zeller von der Humboldt-Universität zu Berlin.
Kontakt
Prof. Dr. Ulrich Zeller
Humboldt-Universität zu Berlin
Spezielle Zoologie
Tel.: 030 2093-8667
ulrich.zeller@agrar.hu-berlin.de
Ibou Diop
Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Humboldt-Universität zu Berlin
Tel.: 030 2093-2945
ibou.diop.1@hu-berlin.de

Hans-Christoph Keller | idw
Weitere Informationen:
http://www.hu-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften