Genetik: Uralte Alarminstanzen
Zwischen Insekten und Säugetieren scheint es kaum Gemeinsamkeiten zu geben: Blut, Skelett, Atmung, Immunabwehr und Gehirnkapazität, alles sehr verschieden. Bis ähnliche Herausforderungen des Lebens gemeinsame genetische Erblasten ans Licht bringen - und das Kerbtier in uns allen.
Wenn André Delambre hätte wählen können, wäre er bestimmt lieber als genialer Wissenschaftler in Erinnerung geblieben. Dumm für ihn, denn als Filmfigur konnte er nie wählen – und bleibt so unauslöschlich als Monster gebannt, auf Zelluloid, versehen mit einem Insektenkopf: Delambre ist Hauptakteur in einem der ersten aller Science-Fiction-Horrorklassiker Hollywoods, der "Fliege" von 1958.
Kurz der Plot des Kino-Schockers zur Erinnerung: Der Forscher Delambre teleportierte sich bei einem Selbstversuch mit Hilfe eines gelungen konstruierten Apparates erfolgreich von Ort zu Ort, dummerweise allerdings mitsamt einer Stubenfliege. Kein größeres Problem für die offenbar genial programmierten Zusammensetz-Algorithmen des Beam-Gerätes: Sie verschmolzen Forscher und Fliege, den Umständen entsprechend sinnvoll, während der Teleportation zu einem Hybridwesen mit Menschenkörper und Insektenkopf. Der zufällig ins Labor schneienden Gattin Helen missfällt das Ergebnis, und nach allerlei genreüblichem Kreischen tötet sie ihren mutierten Mann. Mit einer hydraulischen Presse. Ein echter Verlust für die Wissenschaft.
Eben ein Klassiker, für Freunde des kruden Kintopps. Sonst natürlich völliger Quatsch; wissenschaftlich gesehen steckt sehr wenig Science und überwältigend viel Fiction in der Geschichte. Hierzu ein kurzer Realitäts-Check in drei Folgen, Teil 1: Physik. Immerhin, heute sind schon ganz real die Quantenzustände verschränkter Teilchen teleportierbar, bis zum Upscaling von Atom auf Lebewesen könnte indes noch einiges an Zeit vergehen. Zeit, welche die Informatiker (Teil 2) allerdings wohl auch bräuchten für die Sache mit den Programm-Algorithmen. Teil 3 könnte noch schwerer werden: Rein biologisch sind Insektenkopf und Menschenkörper konzeptionell eher weniger kompatibel. Und das trotz allem, was Forscher um Stephen Jane vom Royal Melbourne Hospital und Kimberly Mace von der Universität von Kalifornien in San Diego nun herausgefunden haben an Gemeinsamkeiten zwischen Säugetier und Sechsbeiner.
Den Anfang machte dabei eine schon einige Zeit zurückliegende Entdeckung der Taufliegen-Forscher: Gegen Verletzungen schützt die kleinen Fliegen durchaus nicht nur ihr äußerer, als Barriere und körperformendes Stützkorsett dienender Panzer – die Hülle bekommt offenbar Hilfe durch ein darunter aktives, bislang unerkanntes wundheilendes Notprogramm. Um dieses näher kennen zu lernen, untersuchten Mace und ihre Kollegen eine Fliegenmutante, bei der Risse und Brüche der abschirmenden Kutikulahülle sehr schlecht verheilen. Kleine Wunden, welche die Forscher mit sterilen Nadeln in die Oberfläche embryonaler Fliegen pieksten, schließen sich bei diesen Mutanten nicht – bei normalen Fliegen dagegen werden innerhalb von dreißig Minuten nach dem Einstich in der unmittelbaren Nachbarschaft der verletzten Zellen Gene aktiv, die alsbald eine zelluläre Kutikula-Reperaturarmada ins Rennen schicken. Mit computergestützter DNA-Sequenzanalyse kamen die Wissenschaftler einem im verletzten Gewebe aktivierten Alarmgen auf die Spur: es handelt sich um das Gen grainyhead [1].
Das Gen, welches den nicht wundheilenden Mutanten fehlt, identifizierten die Forscher als ein übergeordnetes Kontrollorgan – ein so genanntes Homöobox- oder Master-Gen, welches selbst für keine aktiv an der Reparatur beteiligte Proteinwerkzeuge kodiert, sondern vielmehr das gesamte Notfallprogramm orchestriert und startet. In der Folge beginnen zum Beispiel Carboxylase-Enzyme mit der Arbeit, welche die Chinon- und Eiweißverbindungen neuer Chitinpanzer-Flicken quervernetzen.
Über die Sequenzfolge von grainyhead stolperte nun das Wissenschaftlerteam um Jane, welches zeitgleich am Wundverschluss von Mäusen praktiziert hatte [2]. Die Reparatur von Oberflächenwunden bei Mäusen ist chemisch etwas völlig anderes als bei Insekten – eigentlich logisch, bei den augenfälligen Unterschieden der jeweiligen äußeren Hüllschichten. Eines Säugers Oberfläche dient eben nicht wie die der Insekten als Stützkorsett für den Körper und festem Ansatzpunkt der Muskeln – dafür ist ja das Innenskelett da. Die Säugerhaut besteht demnach auch nicht aus einem dicken Panzer von Insektenchitin, sondern aus einer flexiblen Horn-Schicht abgestorbener Zellen, die von einer unlöslichen Lage von Proteinen und Lipiden bedeckt ist. Quervernetzt werden diese Eiweiße durch die Transglutaminase-Enzyme der Haut – diese müssen auch arbeiten, um einen Wundriss zu flicken. Überraschend nur, wodurch die Transglutaminase bei einer Verwundung in Gang gesetzt wird: Einem Master-Gen, welches dem grainyhead der Taufliegen fast identisch ist, wie Jane und Kollegen erkannten: dem Mausgen Grainy head-like 3.
Bei allen augenfälligen Unterschieden zwischen Maus und Fliege: Ganz offenbar werden ähnliche Probleme mit gleichen althergebrachten Reaktionsmechanismen angegangen. Die Master-Gene grainyhead der Taufliege und Grainy head-like 3 der Maus sind demnach über rund 700 Millionen Evolutionsjahre bewährte Reparaturregulatoren. Sie befehlen ganz allgemein so etwas wie "Achtung Wunde, hier bitte quervernetzten und dicht machen" und überlassen die Einzelheiten der Umsetzung ihrer Order jenen nachgeschalteten Hilfstrupps, die später in der Evolution speziell auf die jeweils bevorzugten Hüll-Baumaterialien ausgerichtet entstanden sind.
Säuger und Insekten haben also eine altgediente genetische Oberbefehlsstruktur gemeinsam, wozu auch immer uns dieses Wissen uns führen wird. Insekten- und Säugerforscher hoffen nun beispielsweise in trauter Einigkeit, dass genauere Vergleiche im Kampf gegen Krebs helfen können – wo die Tumoren gerade auch Mechanismen der Wundheilung erfolgreich manipulieren.
Einem realen André-Delambre-Verschnitt stehen indes wohl auch nur von Hollywood lösbare Strukturprobleme entgegen – gottlob. Obwohl schon spannend zu sehen wäre, wie die Teleportations-Software so allerlei Herausforderungen lösen würde. Etwa die, Sauerstoff transportierende Arterien des Säuger-Blutkreislaufs in das offene System der Kerbtiere übergehen zu lassen, wo ja Hämolymphe statt Blut adernlos ungebahnt herumsuppt? Und wie wohl die innenliegende Knochenstütze der Wirbelsäule mit dem äußeren Stützkorsett des Kopfpanzers zusammengefrickelt werden kann? Und die Luftröhre mit dem Tracheensystem? Na, lassen wir das. Fehlschläge in hydraulischen Pressen zu entsorgen, ist schon im Film nervenaufreibend genug. Helen Delambre könnte ein Lied davon singen.
Kurz der Plot des Kino-Schockers zur Erinnerung: Der Forscher Delambre teleportierte sich bei einem Selbstversuch mit Hilfe eines gelungen konstruierten Apparates erfolgreich von Ort zu Ort, dummerweise allerdings mitsamt einer Stubenfliege. Kein größeres Problem für die offenbar genial programmierten Zusammensetz-Algorithmen des Beam-Gerätes: Sie verschmolzen Forscher und Fliege, den Umständen entsprechend sinnvoll, während der Teleportation zu einem Hybridwesen mit Menschenkörper und Insektenkopf. Der zufällig ins Labor schneienden Gattin Helen missfällt das Ergebnis, und nach allerlei genreüblichem Kreischen tötet sie ihren mutierten Mann. Mit einer hydraulischen Presse. Ein echter Verlust für die Wissenschaft.
Eben ein Klassiker, für Freunde des kruden Kintopps. Sonst natürlich völliger Quatsch; wissenschaftlich gesehen steckt sehr wenig Science und überwältigend viel Fiction in der Geschichte. Hierzu ein kurzer Realitäts-Check in drei Folgen, Teil 1: Physik. Immerhin, heute sind schon ganz real die Quantenzustände verschränkter Teilchen teleportierbar, bis zum Upscaling von Atom auf Lebewesen könnte indes noch einiges an Zeit vergehen. Zeit, welche die Informatiker (Teil 2) allerdings wohl auch bräuchten für die Sache mit den Programm-Algorithmen. Teil 3 könnte noch schwerer werden: Rein biologisch sind Insektenkopf und Menschenkörper konzeptionell eher weniger kompatibel. Und das trotz allem, was Forscher um Stephen Jane vom Royal Melbourne Hospital und Kimberly Mace von der Universität von Kalifornien in San Diego nun herausgefunden haben an Gemeinsamkeiten zwischen Säugetier und Sechsbeiner.
Den Anfang machte dabei eine schon einige Zeit zurückliegende Entdeckung der Taufliegen-Forscher: Gegen Verletzungen schützt die kleinen Fliegen durchaus nicht nur ihr äußerer, als Barriere und körperformendes Stützkorsett dienender Panzer – die Hülle bekommt offenbar Hilfe durch ein darunter aktives, bislang unerkanntes wundheilendes Notprogramm. Um dieses näher kennen zu lernen, untersuchten Mace und ihre Kollegen eine Fliegenmutante, bei der Risse und Brüche der abschirmenden Kutikulahülle sehr schlecht verheilen. Kleine Wunden, welche die Forscher mit sterilen Nadeln in die Oberfläche embryonaler Fliegen pieksten, schließen sich bei diesen Mutanten nicht – bei normalen Fliegen dagegen werden innerhalb von dreißig Minuten nach dem Einstich in der unmittelbaren Nachbarschaft der verletzten Zellen Gene aktiv, die alsbald eine zelluläre Kutikula-Reperaturarmada ins Rennen schicken. Mit computergestützter DNA-Sequenzanalyse kamen die Wissenschaftler einem im verletzten Gewebe aktivierten Alarmgen auf die Spur: es handelt sich um das Gen grainyhead [1].
Das Gen, welches den nicht wundheilenden Mutanten fehlt, identifizierten die Forscher als ein übergeordnetes Kontrollorgan – ein so genanntes Homöobox- oder Master-Gen, welches selbst für keine aktiv an der Reparatur beteiligte Proteinwerkzeuge kodiert, sondern vielmehr das gesamte Notfallprogramm orchestriert und startet. In der Folge beginnen zum Beispiel Carboxylase-Enzyme mit der Arbeit, welche die Chinon- und Eiweißverbindungen neuer Chitinpanzer-Flicken quervernetzen.
Über die Sequenzfolge von grainyhead stolperte nun das Wissenschaftlerteam um Jane, welches zeitgleich am Wundverschluss von Mäusen praktiziert hatte [2]. Die Reparatur von Oberflächenwunden bei Mäusen ist chemisch etwas völlig anderes als bei Insekten – eigentlich logisch, bei den augenfälligen Unterschieden der jeweiligen äußeren Hüllschichten. Eines Säugers Oberfläche dient eben nicht wie die der Insekten als Stützkorsett für den Körper und festem Ansatzpunkt der Muskeln – dafür ist ja das Innenskelett da. Die Säugerhaut besteht demnach auch nicht aus einem dicken Panzer von Insektenchitin, sondern aus einer flexiblen Horn-Schicht abgestorbener Zellen, die von einer unlöslichen Lage von Proteinen und Lipiden bedeckt ist. Quervernetzt werden diese Eiweiße durch die Transglutaminase-Enzyme der Haut – diese müssen auch arbeiten, um einen Wundriss zu flicken. Überraschend nur, wodurch die Transglutaminase bei einer Verwundung in Gang gesetzt wird: Einem Master-Gen, welches dem grainyhead der Taufliegen fast identisch ist, wie Jane und Kollegen erkannten: dem Mausgen Grainy head-like 3.
Bei allen augenfälligen Unterschieden zwischen Maus und Fliege: Ganz offenbar werden ähnliche Probleme mit gleichen althergebrachten Reaktionsmechanismen angegangen. Die Master-Gene grainyhead der Taufliege und Grainy head-like 3 der Maus sind demnach über rund 700 Millionen Evolutionsjahre bewährte Reparaturregulatoren. Sie befehlen ganz allgemein so etwas wie "Achtung Wunde, hier bitte quervernetzten und dicht machen" und überlassen die Einzelheiten der Umsetzung ihrer Order jenen nachgeschalteten Hilfstrupps, die später in der Evolution speziell auf die jeweils bevorzugten Hüll-Baumaterialien ausgerichtet entstanden sind.
Säuger und Insekten haben also eine altgediente genetische Oberbefehlsstruktur gemeinsam, wozu auch immer uns dieses Wissen uns führen wird. Insekten- und Säugerforscher hoffen nun beispielsweise in trauter Einigkeit, dass genauere Vergleiche im Kampf gegen Krebs helfen können – wo die Tumoren gerade auch Mechanismen der Wundheilung erfolgreich manipulieren.
Einem realen André-Delambre-Verschnitt stehen indes wohl auch nur von Hollywood lösbare Strukturprobleme entgegen – gottlob. Obwohl schon spannend zu sehen wäre, wie die Teleportations-Software so allerlei Herausforderungen lösen würde. Etwa die, Sauerstoff transportierende Arterien des Säuger-Blutkreislaufs in das offene System der Kerbtiere übergehen zu lassen, wo ja Hämolymphe statt Blut adernlos ungebahnt herumsuppt? Und wie wohl die innenliegende Knochenstütze der Wirbelsäule mit dem äußeren Stützkorsett des Kopfpanzers zusammengefrickelt werden kann? Und die Luftröhre mit dem Tracheensystem? Na, lassen wir das. Fehlschläge in hydraulischen Pressen zu entsorgen, ist schon im Film nervenaufreibend genug. Helen Delambre könnte ein Lied davon singen.
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