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 Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie