Holliday Junction

Ich schmeiß hin...

2009-03-06T16:04:00.002+01:00

Hier wird es vorerst keine neuen Posts mehr geben. Ich höre aber nicht mit dem Bloggen auf - ich ziehe nur um!

Ab sofort gibts Neues von mir auf ScienceBlogs.de, bei "Alles was lebt". Aber nicht nur von mir, Ele von Selective Sweep ist auch an Bord!
Ich würde mich freuen, wenn ihr mir auch auf dem neuen Blog treu bleibt!

Achja, einen Feed gibt es auch schon.

Wissenschaftliche Gründe, warum die EU "Genmais" verbietet: wohl keine...

2009-03-04T15:00:00.000+01:00

Nur ein kurzer Post hier, der mit dem OK der EU zu Anbauverboten für eine gentechnisch veränderte Maissorte der Länder Österreich und Ungarn zu tun hat. In der EU ist seit 1998 - nach einer Überprüfung durch die europäische Lebensmittelsicherheitsbehörde EFSA - eine gentechnisch veränderte Maissorte der Firma Monsanto zugelassen. Österreich und Ungarn haben deren Anbau trotzdem verboten. Die Europäische Kommission möchte eine einheitliche Regelung für Europa erreichen, und will darum die nationalen Anbauverbote aufheben. Um so eine Entscheidung überhaupt erst in die Wege zu leiten, braucht es aber eine Mehrheit bei den EU-Umweltminister. Und die haben vor ein paar Tagen zum wiederholten Mal den Vorschlag abgelehnt.

Ich will jetzt keine Grundsatzdiskussion anwerfen, welche Gründe denn für oder gegen gentechnisch veränderte Organismen und deren Verwendung in der Landwirtschaft sprechen. Es geht mir eigentlich nur darum, welche ganz anderen Gründe unser Umweltminister Gabriel für seine Entscheidung bei der Abstimmung der EU-Umweltminister genannt hat. Es waren jedenfalls keine Umweltbedenken.

Ich kann nicht erkennen, warum wir den Interessen eines einzigen amerikanischen Konzerns folgen und in den Mitgliedstaaten die Bürger gegen uns aufbringen sollen[...]

Die Leute wollen keine GVOs, also verbieten wir sie? Hoffentlich kriegen nicht zu viele Steuerzahler mit, wie Politik funktioniert...
Und was heißt, den Interessen eines einzigen amerikanischen Konzerns folgen? Da nur diese eine Maissorte europaweit die einzige zugelassene gentechnisch veränderte Nutzpflanze ist, hat das hier nichts mit einer Bevorzugung zu tun - auch die Konkurrenz von Monsanto kann GVOs erzeugen und dann von der EU für den Anbau erlauben lassen. Ber der negativen politischen Stimmung wird das nur keiner machen. Und wenn doch so viele Bürger gegen grüne Gentechnik ist, dann dürfte sich das doch auf dem Markt von selbst regeln, oder?

Quelle: biotechnologie.de

Die Transkription, animiert mit Lego

2009-03-03T15:54:00.002+01:00

gerade bei TechTV vom MIT gefunden: ein Video über die Transkription, also das Abschreiben eines Gens in mRNA - mit LEGO!

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[via BoingBoing Gadgets]

Projekt Paperübersicht Intermezzo: Homologe Rekombination

2009-03-02T21:30:00.000+01:00

Während es im letzten Post um den Reparatur-Aspekt unserer Mutanten ging, soll im nächsten deren Beteiligung an der DNA-Rekombination betrachtet werden. Doch das wird ohne ein wenig Hintergrundwissen zur homologen Rekombination nicht so leicht werden, deshalb habe ich mich für diesen hoffentlich nicht zu komplexen Einschub entschieden.

Rekombination bedeutet zunächst, dass genetische Information zwischen zwei DNA-Molekülen ausgetauscht wird. Von den vielen Rekombinationsmechanismen ist die homologe Rekombination der konservativste. Das war jetzt keine politische Aussage, es bedeutet nur, dass es dabei idealerweise zu keiner Änderung der Sequenz kommt. Dies ist möglich, weil für die homologe Rekombination identische (= homologe) DNA-Sequenzen verwendet werden. Diese Sequenzen kommen bei diploiden Organismen wie dem Menschen oder Arabidopsis vom homologen Chromosom. Oder, noch besser, nach der Verdopplung der Chromosomen während der Replikation, vom Schwesterchromatid. Ausgangspunkt der homologen Rekombination ist immer ein Doppelstrangbruch. Dieser kann gewollt sein, etwa in der Meiose (dazu in einem anderen Teil der Paperübersicht mehr, wahrscheinlich #5). Alternativ kann ein Doppelstrangbruch aber auch durch ionisierende Strahlung oder Chemikalien ausgelöst werden. Dies wäre dann die Verbindung der homologen Rekombination mit der DNA-Reparatur.

Was wirklich während der homologen Rekombination passiert, wissen wir noch nicht hundertprozentig. Man kann diesen vorgang nicht live an einem DNA-Molekül mitverfolgen. Man kann aber seine Versuche so aufbauen, dass bestimmte Abläufe aufgrund des Ergebnisses ausgeschlossen werden können, andere Abläufe aber wahrscheinlicher werden. Viele solcher grundlegenden Experimente wurden mit der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae gemacht, bei der clever definierte Konstrukte in das Genom eingebracht wurden, die nach einer homologen Rekombination erlauben, Anteile von bestimmten Vorgängen zu ermitteln. Das hört sich jetzt sehr nichtssagend an, deshalb will ich kurz an einem schönen Beispiel zeigen was ich damit meine.

Das "Double Strand Break Repair" Modell der homologen Rekombination
1983 fassten Szostak et al. in einem Review-Artikel den damals aktuellen Stand der Rekombinationsforschung zusammen. Dabei stellten sie fest, dass bisher vorgeschlagene Modelle der homologen Rekombination selten auftrende Ereignisse während der Meiose nicht vorhersagen konnten. Wenn man beispielsweise zwei Marker betrachtet [1], die heterozygot und gekoppelt vorliegen (also gemeinsam auf einem Chromosom sitzen, aber nicht auf dem zweiten Chromosom eines diploiden Organismus), dann erwartet man in den Nachkommen die einfache Aufspaltung nach Mendel in 1:1 - eine Hälfte der Nachkommen hat das Chromosom mit beiden Markern erhalten, die andere Hälfte das homologe Chromosom ohne die Marker. Aufgrund der besonderen Chromosomensituation der damals untersuchten Pilzarten ist die Notation hier traditionellerweise nicht 1:1, sondern 4:4, das ändert am Verhältnis aber nichts. Man kann nun aber beobachten, dass manchmal auch andere Aufteilungen passieren, beispielsweise 6:2 (bzw. 2:6), oder auch 5:3. Hier muss Information von einem Chromosom auf ein anderes übertragen worden sein, oder ein Austausch zwischen zwei Chromosomen erfolgt sein, so dass die beiden Marker nicht mehr gekoppelt auf einem Chromosom vorliegen und unabhängig voneinander vererbt werden können. Diese beiden Vorgänge bezeichnet man als gene conversion und crossing over, und sie sind in Abbildung 1 aus Szostak et al. dargestellt (wenn auch in umgekehrter Reihenfolge):

Abbildung 1 aus Szostak et al. (1983). Zustand von zwei gekoppelten heterozygoten Markern A und B und die Effekte von crossing over (a) und gene conversion (b). Klicken für größere Version.

Woran liegt das nun? Szostak et al. schlagen einen Mechanismus vor, der auf der Reparatur von Doppelstrangbrüchen beruht. Dies war neu, denn die bisherigen Modelle gingen von Auslösern wie kurzen einzelsträngigen Bereichen auf der DNA (ssDNA nicks) aus. Von der Reparaturforschung war damals bereits bekannt, dass die Doppelstrangbruchreparatur in der Bäckerhefe sehr effizient ablief. Das neue Modell sollte also mit Doppelstrangbrüchen beginnen, und mit der Möglichkeit für sowohl crossing over, als auch gene conversion enden. Die Idee von Szostak und Kollegen sah folgendermaßen aus:

Doppelstrangbruchreparatur Modell (DSBR) nach Szostak et al. (1983). Klicken für größere Version.

Ausgehend von einem Doppelstrangbruch werden die freien Enden durch Proteine (Exonukleasen) so zurückgeschnitten, dass freie einzelsträngige Überhänge vorliegen. So eine ssDNA ist dann natürlich verfügbar für Basenpaarungen. Wenn nach einer "Homologiesuche" eine homologe DNA-Sequenz gefunden wird (die wie gesagt beispielsweise auf dem homologen Chromosom, oder auch dem Schwesterchromatid liegen kann), dann erfolgt die sogenannte Einzelstranginvasion: Der Einzelstrang lagert sich an die komplementäre Sequenz an und verdrängt dabei einen der vorhandenen Stränge. Die daraus resultierende Struktur wird D-Loop (displacement loop) genannt. Von hier an kann das freie Ende mit Hilfe einer DNA-Polymerase verlängert werden, was den D-Loop vergrößert. Irgendwann ist ein so großer Bereich DNA im D-Loop verdrängt, dass dieser mit dem zweiten freien Ende des Doppelstrangbruches paaren kann. Dies bedeutet auch, dass das erste freie Ende endlich mit der anderen Seite des Doppelstrangbruches verknüpft werden kann. Der DSB ist jetzt zwar repariert, aber wir haben nun eine problematische DNA-Struktur vorliegen - zwei DNA-Moleküle sind an zwei Positionen überkreuzt. So eine kreuzförmige DNA-Struktur nennt man übrigens nach ihrem Erstbeschreiber Holliday Junction (AHA!), bei den zwei Überkreuzungen hier spricht man von einer doppelten Holliday Junction (dHJ). Warum ist diese Struktur problematisch? Weil eine Zelle sich nicht teilen kann, bevor die dHJ aufgelöst wurde!
Und jetzt greift die Idee von Jack Szostak und Kollegen. Eine Endonuklease, also ein Protein das im Inneren eines DNA-Moleküles schneidet, kann an den Holliday Junctions Schnitte setzen, um die zwei Stränge voneinander zu trennen. Und abhängig davon, ob die beiden Schnitte symmetrisch (unten links) oder asymmetrisch (unten rechts) erfolgen, erhält man entweder ein crossing over (CO, rechts) oder eine gene conversion (auch noncrossover genannt, also NCO, links).

Seit 1983 ist viel Zeit vergangen, doch das DSBR-Modell hat sich gehalten. Mittlerweile wurde etwa gezeigt, dass in der Meiose ein spezielles Protein absichtlich Doppelstrangbrüche zur Einleitung der homologen Rekombination setzt: SPO11. Auch Holliday Junctions wurden bereits als Intermediate der Rekombination experimentell nachgewiesen.

"Synthesis-dependent strand-annealing" und das "revised model"
Um es jetzt noch ein wenig komplizierter zu machen, will ich der Vollständigkeit halber das Bild auf den aktuellen Stand bringen. Als 1994 die Gruppen von William Engels und Gregory Gloor (Nassif et al., 1994) Rekombinationsexperimente mit der Fruchtfliege Drosophila melanogaster machten, stießen sie auf Ergebnisse, die sich mit dem DSBR-Modell von Szostak et al. nicht vollständig erklären ließen. Letzen Endes waren ihre Ergebnisse nur zu verstehen, wenn man beiden freien Enden des DSB erlaubte, unabhängig voneinander die Rekombination mit verschiedenen Partnern einzuleiten. Eine Auflösung nach ihrem synthesis-dependent strand-annealing-Modell (SDSA) benötigte demnach keine Holliday Junction als Intermediat. Bereits nach Verlängerung des ersten freien Endes würde dieses aus dem D-Loop geworfen und für die Basenpaarung mit dem zweiten Ende zur Verfügung stehen. Durch solch einen Mechanismus wären keine Crossoverprodukte möglich.
2001 wurden die beiden konkurrierenden Modelle DSBR und SDSA dann gleichzeitig von zwei Gruppen zusammengefasst. In dem heute als revised model bezeichneten Prozess nach in der Bäckerhefe gewonnenen Ergebnissen von Hunter und Kleckner (2001) und Allers und Lichten (2001) beginnt die homologe Rekombination zunächst, wie ich es schon für DSBR und SDSA beschrieben habe. Die Aufteilung in die beiden Arme CO und NCO erfolgt jedoch schon vor dem dHJ-Intermediat, nämlich auf Ebene des D-Loop. Von hier ab kann dann die Rekombination entweder zum NCO aufgelöst werden, per SDSA-Modell. Oder eben über die doppelte Holliday Junction zum CO, das nach diesem Modell das einzige Ergebnis des DSBR-Weges ist.

revised model der homologen Rekombination nach Hunter und Kleckner (2001) und Allers und Lichten (2001). Klicken für größere Version.

Auf diesem Stand möchte ich es dann auch belassen für heute. Worauf ich hier überhaupt nicht eingegangen bin, sind die vielen Proteine, die diese ganzen Wege bevölkern. Von manchen kennt man recht gut ihre Position im Schema und ihre dortige Aufgabe, von vielen anderen weiß man aber nur ungefähr, in welche Hälfte des Modells sie passen.
Im nächsten richtigen Post dieser kurzen Serie werde ich dann, bewaffnet mit dem Hintergrund zur homologen Rekombination hier, Untersuchungen unserer Mutanten zur Rekombinationsrate vorstellen.

[1] Vor der Zeit der schnellen Sequenzierung, und auch vor dem Triumphzug der PCR waren solche Marker oft Sporenfarbgene der untersuchten Pilze, oder Antibiotika-Resistenzgene.

JW Szostak, TL Orr-Weaver, RJ Rothstein, FW Stahl (1983). The double-strand-break repair model for recombination Cell, 33 (1), 25-35 DOI: 10.1016/0092-8674(83)90331-8
N Nassif, J Penney, S Pal, WR Engels, GB Gloor (1994). Efficient copying of nonhomologous sequences from ectopic sites via P-element-induced gap repair. Mol Cell Biol., 14 (3), 1613-1625
Neil Hunter, Nancy Kleckner (2001). The Single-End InvasionAn Asymmetric Intermediate at the Double-Strand Break to Double-Holliday Junction Transition of Meiotic Recombination Cell, 106 (1), 59-70 DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00430-5
T Allers, M Lichten (2001). Intermediates of Yeast Meiotic Recombination Contain Heteroduplex DNA Molecular Cell, 8 (1), 225-231 DOI: 10.1016/S1097-2765(01)00280-5

Gutes für die Ohren 2

2009-03-01T09:56:00.002+01:00

Hinter den Kulissen bin ich immer noch dabei, an der nächsten Folge der Paperbesprechung zu basteln. Deshalb gibts heute nur schnell Podcastempfehlungen.

Über den Radio Lab Podcast hab ich schon ein paar Mal berichtet. In der aktuellen Folge geht es - um wen sonst? - um Darwin. Wer hören will, wie Charles Darwin und Francis Crick (ja, der mit der Struktur der DNA) miteinander verbunden sind, muss sich aber die halbe Stunde komplett anhören. Ich verrate nicht wann diese nette Info kommt!

WNYC' Radio Lab: Darwinvaganza [MP3-Link, 27:25]

Nach so viel Wissenschaft will man aber auch gut unterhalten werden. Dafür kann ich die letzten drei Folgen StarShipSofa empfehlen, in denen die nominierten Kurzgeschichten der diejährigen British Science Fiction Awards zu hören sind. Besonders Ted Chiang halte ich für einen der besten Autoren, die wir zur Zeit haben. In "Exhalation" schafft er es, Roboter, Anatomie und freien Willen mit Anspielungen auf den "Big Freeze" und der Multiversum-Hypothese zu verbinden. Großartig!
Und wenn diese Kurzgeschichte für mich jetzt schon als Gewinner feststeht, sind die anderen beiden Nominierten auch empfehlenswert. Da wäre einerseits M. Rickerts "Evidence of Love in a Case of Abandonment" über eine Welt, in der die Pro-Life-Fraktion gewonnen hat, und andererseits Paul McAuleys "Little Lost Robot" über einen enormen Roboter, der unsere Galaxis durchfliegt und alles Leben plattmacht.

StarShipSofa
Ted Chiang: "Exhalation" [MP3-Link, 46:59]
M. Rickert: "Evidence of Love in a Case of Abandonment" [MP3-Link, 30:41]
Paul McAuley: "Little Lost Robot" [MP3-Link, 40:23]

neues Blog: Labtutorials in Biology

2009-02-23T11:24:00.003+01:00

Nur ein kurzer Hinweis auf ein neues interessantes Blog von Bálint L. Bálint, Labtutorials in Biology. Darin möchte er grundlegende Materialien, Geräte und Methoden aus der Molekularbiologie vorstellen, so dass beispielsweise Studenten ihre Benutzung lernen.
Spannend ist beispielsweise der Post "Liquid handling with pipettes", in dem er mit vielen (auch eigenen) Bildern und Videos das Funktionsprinzip von Pipetten erklärt, die große Vielfalt der verschiedenen Typen von Pipetten - von der Einmalpipette aus Plastik bis zum Pipettierroboter - zeigt, und auf ihren Einsatz im Labor eingeht.

Den Post sollten sich vielleicht mal die vielen Kriminallabor-Techniker aus dem Fernsehen gründlich antun, dass ich nicht mehr diese chronischen Wunden auf dem Unterarm habe [1].

[via ScienceRoll]

[1] Vom ständigen Reinbeißen, um nicht laut aufschreien zu müssen angesichts dem regelmäßigen Schrotten von teuren Pipetten.

Diamonds in the Sky

2009-02-22T07:02:00.003+01:00

Bleiben wir doch nach meinem letzten astronomischen Post ein wenig in den Sternen. Diesmal aber die der literarischen Art. Mike Brotherton hat nämlich eine Anthologie zusammengestellt, die mehr Aufmerksamkeit verdient.

Sehr oft ist die Menge echter "science" in Science Fiction eher gering. Da wird überlichtschnell gereist, wenns sein muss auch in die Zukunft oder Vergangenheit. Große Raumschlachten mit Explosionen und Schreien. Die Wissenschaft bleibt zugunsten der Story auf der Strecke. Und während manche Leute sogar der Meinung sind, gute Science Fiction braucht schlechte Science, hat Mike Brotherton für seine Anthologie "Diamonds in the Sky" genau das Gegenteil versucht: SF-Kurzgeschichten zusammenzustellen, die astronomische Zusammenhänge möglichst korrekt wiedergeben. Und zwar so korrekt, dass sein Projekt von der National Science Foundation gefördert wurde, und die Kurzgeschichten für Schüler und Studenten als Lernhilfe dienen sollen!

Sehr schön finde ich, dass in der Anthologie beide Seiten zu Wort kommen - ausgezeichnete Science Fiction-Autoren wie Jeffrey Carver, David Levine oder Mary Robinette Kowal, aber eben auch Wissenschaftler wie Kevin R. Grazier (beteiligt an der Cassini/Huygens Mission), oder Valentin Ivanov (Mitarbeiter des ESO).
Alle Kurzgeschichten sind übrigens frei zugänglich über die Read-Links unten. Viel Spaß beim Lesen!

Contents

In the Autumn of Empire (Jerry Oltion)

A cautionary tale about why scientific misconceptions can be important. This story will also be appearing in Analog soon. Keywords: The seasons. Misconceptions.
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End of the World (Alma Alexander)

Nothing is forever, not even the earth and sky. Keywords: Evolution of the sun.
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The Freshmen Hookup (Wil McCarthy)

An exploration of how the elements are built in stars using the antics of college freshmen as a metaphor. Keywords: Stellar nucleosynthesis.
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Galactic Stress (David Levine)

You think your life is stressful? How about having to deal with the entire universe? Keywords: Scales of the Universe.
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The Moon is a Harsh Pig (Jerry Weinberg)

Robert Heinlein’s novel The Moon is a Harsh Mistress about a revolt on the Moon was a landmark novel of the 1960s. Jerry’s story is also educational. Keywords: Phases of the Moon, Misconceptions.
Read

The Point (Mike Brotherton)

What is the meaning of life in an expanding universe? This story previously appeared at www.mikebrotherton.com. Keywords: Cosmology
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Squish (Dan Hoyt)

How would you like a whirlwind tour of the planets? Keywords: The Solar System.
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Jaiden’s Weaver (Mary Robinette Kowal)

So many things about life on Earth depend on the cycles of the sky, from the moon and tides to seasons and more. Well, what if the sky were different? How would humans adapt to life on a world with rings? Keywords: Planetary rings
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How I Saved the World (Valentin Ivanov)

The movies Armageddon and Deep Impact featured nuclear bombs to divert asteroids headed for Earth, but this is really not the best way to deal with this threat. This story was originally published in Bulgaria, in the annual almanac “Fantastika”, the 2007 issue. Publisher: “Human Library Foundation”, Sofia. ISSN 1313-3632. Editors: Atanas P. Slavov and Kalin Nenov. Keywords: Killer asteroids
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Dog Star (Jeffrey A. Carver)

It permeates space and has a subtle but important effect on our existence. What if the effect were not so subtle? Keywords: Dark Energy
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The Touch (G. David Nordley)

Life in the Milky Way can be harsh depending the neighborhood you live in. You should hope you have helpful neighbors when the times are harsh. This story originally appeared in The Age of Reason, edited by Kurt Roth, at SFF.net in 1999. Keywords: Supernova (type 1a)
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Planet Killer (Kevin Grazier and Ges Seger)

And sometimes the times are harsh but you have to depend on yourselves. It helps if you have a little unlikely but useful faster-than-light starships as in Star Trek. Keywords: That would be telling!
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The Listening-Glass (Alexis Glynn Latner)

What’s the future hold for astronomy and astronomers? What would it be like to work on the moon? An earlier version of the story was first published in the February, 1991 issue of Analog Science Fiction/Science Fact. Keywords: Radio astronomy, the Moon
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Approaching Perimelasma (Geoffrey A. Landis)

A sophisticated tale about the ultimate journey. Previously published in Asimov’s Science Fiction, Jan. 1998. Keywords: Black holes
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Epigenetik ≠ Lamarckismus

2009-02-20T18:00:00.000+01:00

Ein Artikel auf Heise online mit dem herausfordenden Titel "Nager vererben erworbene Fähigkeiten" ist auf den in letzter Zeit in den Medien so beliebten "Lamarck hatte doch Recht!"-Zug aufgesprungen.

Es geht in dem Artikel um aktuelle Forschungsergebnisse aus der Neurobiologie von Mäusen. Kurz zusammengefasst wurde eine Mäuselinie, die aufgrund einer Mutation Schwierigkeiten mit Erinnerungen hat, auf Gedächtnisleistungen untersucht. Die Forscher stellten dabei fest, dass junge Mäuse dieser Linie, wenn sie in einer Umwelt groß gezogen wurden, die das Hirn fordert - Spielzeuge, soziale Interaktionen, Bewegungsfreiheit - besser in Gedächtnistests abschnitten. Soweit so altbekannt. Überraschend kam nun für die Forscher, dass auch die Nachkommen dieser besonders geförderten Mäuse bessere Erinnerungen hatten, auch wenn sie selbst nicht in einer stimulierenden Umwelt aufwuchsen.

Der Autor des Heise-Artikels sieht darin die verspätete Rache von Lamarck an Darwin. Wieso ist das aber falsch, und wie sollten die Ergebnisse eher interpretiert werden?

Jean-Baptiste de Lamarck (1744 - 1829) war ein französischer Naturforscher mit einem recht interessanten Leben. Ohne ein abgeschlossenes Studium verfasste er das damalige Standardwerk über die Flora Frankreichs, Flore françoise, und wurde daraufhin Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften und Mitarbeiter des Pariser Botanischen Gartens. Die Stelle am botanischen Garten war aber sehr schlecht bezahlt (je nach Quelle sogar gar nicht), er musste also anderweitig für ein Einkommen sorgen: mit dem Veröffentlichen weiterer botanischer Bücher. Dies spielte sich während der französischen Revolution ab, und während anderswo in der Stadt Köpfe abgeschlagen wurden, erhielt Lamarck eine Anstellung und Professur am neugegründeten naturhistorischen Museum - zuständig nun für Insekten und Würmer, aber bevor man sich in dieser Zeit gegen so eine Anweisung von oben wehrt, lernt ein Botaniker doch lieber etwas neues über Tiere.
Bekannt ist Lamarck jedoch bis heute für seine um 1800 entwickelte Evolutionstheorie. Denn während der Gedanke der Evolution, also der Bildung neuer Arten aus älteren, schon längere Zeit in der frühen Naturwissenschaft herumgeisterte [1], fehlte immer noch ein brauchbarer Mechanismus, der dies bewerkstelligen sollte. Nach Ansicht Lamarcks war dies ein allen Organismen innewohnender Drang, sich von einer einfachen Urform zu einer besseren, komplexeren Form hin zu entwickeln.
Das bekannteste Bild, das die Lamarcksche Evolution beschreibt, nimmt die Giraffe zum Beispiel. Warum haben Giraffen so lange Hälse? Weil zunächst Giraffen ihre noch kurzen Hälse ihr ganzes Leben über langgestreckt haben, um die saftigen Blätter ganz oben in den Bäumen zu erreichen, und diese so verlängerten Hälse an ihre Nachkommen vererbten. Nach mehreren Generationen hatte man dann Giraffen mit langen Hälsen. Problematisch wurde für den Lamarckismus, dass Darwin 50 Jahre später auch eine Idee für einen evolutionären Mechanismus hatte, und durch die natürliche Selektion ließen sich nicht nur unzählige Daten aus Fossilien und rezenten Arten erklären, sondern auch die langen Hälse der Giraffen: Es hatte mit den saftigen Blättern ganz oben in den Bäumen zu tun, da lag Lamarck noch richtig. In der Population von Giraffen gab es unterschiedliche Halslängen (die Variation), und wenn nur die Giraffen mit den längsten Hälsen die saftigen Blätter erreichten, dann hatten sie auch mehr Nachkommen, die die langen Hälse erbten.

Wenn es in den Medien in den letzten Monaten um Epigenetik geht, dann wird oft der Lamarckismus heraufbeschworen. Was ist Epigenetik?

Eine genaue Definition von Epigenetik steht noch aus, ganz allgemein versteht man darunter aber vererbbare Eigenschaften, die nicht in der Sequenz der DNA kodiert sind (das wäre die Genetik). Eine epigenetische Vererbung wäre es beispielsweise, wenn die Expressionsstärke eines Gens vererbt wird (in den Extremen also, ob ein Gen an- oder ausgeschaltet ist). Wie könnte so eine Information weitergegeben werden, wenn sie nicht in Form einer DNA-Sequenz vererbt wird? Von den verschiedenen bisher gezeigten Möglichkeiten will ich zwei hier kurz beschreiben: Ein Gen besteht nicht nur aus der Sequenz, die später in ein Protein übersetzt wird. Vor diesem Bereich liegt ein Abschnitt DNA, der sozusagen als (Dimm-)Schalter die Menge an hergestelltem Protein einstellt, indem regulatorische Proteine daran binden - der Promotor. Durch Anfügen von Methylgruppen an Cytosine (eine der vier Basen der DNA) können Promotoren stillgelegt werden. Dies ist keine Änderung der DNA-Sequenz, die Cytosine sitzen immer noch an ihrem Platz im Promotor. Die Methylgruppe ist jedoch kovalent an das Cytosin gebunden, wird also auf dem üblichen Weg mit dem Cytosin an die Nachkommen vererbt. In den Nachkommen wird dieses Gen darum auch stillgelegt sein.
Beim zweiten epigenetischen Mechanismus ist keine Veränderung von Basen nötig. Im Zellkern schwimmt die DNA nicht nackt herum, es sind vielmehr zahlreiche strukturelle Proteine an sie gebunden. Sehr wichtig sind hier die Histone, die in kleinen kugelförmigen Komplexen (Nukleosomen genannt) mit DNA umwickelt sind [2]. Dieses Aufwickeln der DNA ist nötig, um mehrere Meter davon in einem Zellkern mit wenigen Mikrometern Durchmesser unterzukriegen. Nun gibt es mehrere Kondensationsstufen, die stärkste davon die bekannten Metaphasechromosomen. Die Expression von Genen ist in einem so kondensierten Zustand aber nicht mehr möglich.

Quelle

Die Regulation dieser Kondensation erfolgt über Modifikation der Histone; Anfügen von Methylgruppen erhöht beispielsweise den Kondensationsgrad, während eine angehängte Acetylgruppe ihn verringert [3]. Es ist für die Zelle dadurch möglich, die Expression von Genen in einem relativ kleinen Bereich eines Chromosoms zu regulieren.

In den letzten Jahren wurden nun zahlreiche Hinweise für eine epigenetische Vererbung von "Eigenschaften" gefunden, die sich ein Organismus während seines Lebens aneignet. Die Gedächtnisleistungen von Mäusen im oben verlinkten Heise Artikel sind ein Beispiel dafür, aber auch erhöhte Rekombinationsraten von Arabidopsis-Pflanzen nach UV-Bestrahlung ihrer Eltern fallen darunter. Ganz oberflächlich kann man verstehen, warum manche Leute bei der Vererbung von angeeigneten Merkmalen an Lamarck denken, oder warum bei der Diskussion von Epigenetik in den Medien oft Lamarckismus eingeworfen wird. Es gibt aber mehrere Gründe, warum man diese beiden Begriffe nicht gleichsetzen kann!

Während bei allen aktuell beschriebenen Forschungen ein äußerer Einfluss das vererbte Merkmal in den Organismen erzeugte, wehrte sich Lamarck vehement gegen solche Umwelteinflüsse auf die Vererbung. Seiner Ansicht nach wohnte schließlich jedem Organismus eine Triebkraft inne, die ihn zum komplexer evolvieren zwang.
Nach Lamarck akkumulieren sich solche erworbenen Merkmale in einer Population, weil sie nicht verloren gehen können. Epigenetik ist aber ein sehr dynamischer und instabiler Prozess, Effekte wie die im Heise Artikel beschriebenen gehen nach mehreren Generationen verloren.
Epigenetik ruht immer noch auf einer genetischen Basis. Die epigenetischen Modifikationen werden von Proteinen erzeugt, die ganz herkömmlich im Genom kodiert sind. Epigenetisch vererbte Merkmale unterliegen auch den evolutionären Kräften wie Selektion und Genetic Drift. Also Darwin WIN, Lamarck FAIL.

Was ich jetzt nicht ganz verstehe: Wieso stellt Autor Ben Schwan seinen Artikel so auf, dass der Eindruck beim unbedarften Leser entsteht, aktuelle Forschungen zeigen Probleme mit Darwins Evolutionstheorie auf, die sich durch die unterdrückte Idee des Underdog Lamarck erklären ließen? Und wieso fällt im gesamten Artikel der Begriff Epigenetik nicht einmal, obwohl sie in einem Artikel des Schwesterprodukts Technology Review (von dem der Heise Artikel abgeschrieben wurde) ausführlich diskutiert wurde? Da der Text für Heise online-Verhältnisse relativ lang geraten ist, sicher nicht aus Platzgründen.

Witziger Punkt nebenbei: In Technology Review wird auch über eine zweite, ähnliche Studie bei Mäusen berichtet, bei der schlechte Mütter Nachkommen hatten, die auch schlechte Eltern waren. Davon bleibt im Heise Artikel nur noch die Möglichkeit, "dass beispielsweise die Auswirkungen einer frühen Kindesmisshandlung die Generationen überspringen können [...]."

Achja, und beide Daumen hoch für die vielen Kommentatoren zu dem Artikel, die nicht nur die Qualität des Artikels kritisieren, sondern auch die unvermeidlichen Kreationisten in ihre Schranken weisen.

[1] Beispielsweise hat Darwins Großvater Erasmus Darwin darüber ein schönes Gedicht verfasst.
[2] Histonproteine sind positiv geladen, DNA negativ.
[3] Ganz so einfach ist das nicht. Der Effekt ist unter anderem abhängig von dem veränderten Histon, der Aminosäure, die verändert wird, und eben der Art der angefügten Gruppe. In Anlehnung an den genetischen Code wurde diese Regulation als Histon-Code bezeichnet.

Neues Spielzeug: Starmap

2009-02-19T13:12:00.003+01:00

Einen so schönen Nachthimmel wie letzte Nacht habe ich schon lange nicht mehr gesehen. Keine Wolke am Himmel, und sogar auf der Straße mit Lampen um mich rum waren sehr viele Sterne sichtbar.
Daraufhin hab ich mein bisher teuerstes Programm für den iPod touch gekauft: Starmap. Die 10 Euro waren aber gut angelegt, Starmap ist davon jeden Cent wert (und mehr)! Ich will hier nicht alle Funktionen auflisten, dazu habe ich das Programm bisher auch zu wenig genutzt, um alle zu kennen. Deshalb ein eher subjektiver Eindruck, was mir bei der Benutzung gefallen hat.

Starmap braucht die eigene Position, um ein korrektes Bild des Nachthimmels am aktuellen Standort darstellen zu können. Mit einem iPhone wäre das kein Problem, das hat schließlich GPS. Ich musste aber nicht schnell die Längen- und Breitengrade meines Standortes raussuchen, denn auch der iPod touch kann manchmal seine Position finden - über WLAN Hotspots. Und da mein eigener WLAN Router in irgendeiner Datenbank hinterlegt ist (weiß eigentlich jemand, wie Hotspots da rein kommen, und wer die Datenbank betreibt?), fand Starmap alleine die aktuelle Position. Über die aktuelle Uhrzeit wusste Starmap dann auch, welche Objekte gerade am Himmel sein mussten [1].
Was mache ich jetzt, wenn ich beispielsweise das Sternbild Orion finden möchte [2]? Ein Druck auf "Sternbilder" in der Menüleiste bringt mich in eine Liste, die ich zwischen allen und den aktuell sichtbaren Sternbildern umschalten kann. Wenn ich jetzt auf "Orion" drücke, dann erscheint auf der Himmelskarte ein Pfeil, der mich in Richtung Orion lotst, ausgehend von einer Blickrichtung nach Norden.
Die Bewegung dahin registriert der iPod übrigens. Durch die eingebauten Accelerometer kann ich den iPod horizontal und vertikal bewegen, und die Himmelskarte scrollt in die entsprechende Richtung! Rein- und rauszoomen geht übrigens auch wie für den iPod touch/iPhone üblich.
Andere nette Ideen, die sehr clever gelöst sind: Man kann stufenlos sowohl die Helligkeit des Himmels, als auch die der Sterne einstellen, um die Anzeige am Bildschirm den tatsächlichen Sichtverhältnissen anzupassen. Um sich selbst nicht den Blick mit einem hellen Bildschirm zu verschmutzen, gibt es auch einen Rotlichtmodus. Für viele Objekte sind zusätzliche Informationen hinterlegt, für die Planeten auch Bilder. Oh, und Pluto ist zumindest in Starmap noch ein Planet. ;-)

[1] Auch solche Daten wie Auf- und Untergangszeiten sind offline verfügbar, Starmap benötigt keine Internetverbindung.
[2] Entsprechend kann man auch bei Planeten, Sternen und Galaxien vorgehen.

Fringe sperrt die Wissenschaftler weg

2009-02-16T19:10:00.000+01:00

Was gibts neues bei unserer liebsten wissenschaftsfeindlichen Fernsehserie von J. J. Abrams, Fringe?

In der aktuellen Folge 14 scheint man gleich zu Beginn der Frage nachzugehen, wohin man die vielen kriminellen Wissenschaftler wegsperren soll. Klar doch, wir machen am besten ein Gefängnis auf, in das die Abertausende von Bond-Schurken geliefert werden. Nur wo stellt man so ein Gefängnis hin? Das ist eigentlich auch keine schwere Frage, nach Deutschland natürlich! Und der Name "Wissenschaft Prison" kommt beim amerikanischen Publikum sicher klasse an - das klingt so schaurig schön nach Karloff, oder gleich Mengele.

Alles Gute nachträglich, Charles!

2009-02-15T19:45:00.000+01:00

Leider stand letzte Woche soviel anderes Zeug an, dass ich keine Zeit für einen Post an Charles Darwins Geburtstag hatte. Anstatt jetzt nachträglich über einen Mann zu schreiben, über den in den letzten Wochen bereits so unheimlich viel geschrieben wurde, dass es des meisten wohl zum Hals raushängt [1], will ich kurz über ein Ereignis berichten, das letzten Donnerstag pünktlich zum Darwin Day stattfand.

Das Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig hat in einer Pressemeldung (Streaming-Video) die Entwurfsequenz des Neanderthalergenoms bekannt gegeben. Das ist erstmal ein wenig bedenklich, denn das Ankündigen von Ergebnissen in der Presse vor einer vollwertigen Publikation in einem peer review-Journal ist kein vorbildliches Handeln für einen Wissenschaftler. Hier kann man aber zumindest ein Auge zudrücken, denke ich - der Termin an Darwins Geburtstag war einfach zu verlockend, außerdem erfolgte die Pressekonferenz simultan auch auf dem Jahrestreffen der American Association for the Advancement of Science (AAAS), die unter anderm das Science Magazine herausgibt. Trotzdem, ein komisches Gefühl in der Magengegend bleibt.
Davon mal abgesehen ist das Ganze natürlich sehr spannend. Erst vor drei Jahren kündigte Svante Pääbo von der Abteilung Evolutionäre Genetik des MPIs an, das Neanderthalergenom sequenzieren zu wollen. Dies ist nur deshalb in so kurzer Zeit möglich (zur Erinnerung: die Arbeiten für das Humangenomprojekt in den 90ern dauerten rund 10 Jahre), weil mittlerweile neue, schnellere Sequenziermethoden zur Verfügung stehen. Diese sog. Sequenziertechnologien der zweiten Generation leiden aber alle an dem Problem, dass sie nur sehr kurze Sequenzstücke (20-50 Basenpaare) produzieren. Und hier hilft dann die harte Vorarbeit des Humangenomprojekts, denn mit dem menschlichen Referenzgenom lässt sich das Neanderthalergenom auch mit sehr kurzen Sequenzen zusammensetzen. Man erwartet nur sehr wenige Unterschiede zwischen den zwei Genomsequenzen, die Genome von Mensch und Schimpanse sind schließlich schon sehr ähnlich.
Um an Neanderthalersequenzen zu kommen, müssen jedoch erstmal mehrere Probleme vermieden werden. Verunreinigungen der Proben mit menschlicher DNA der beteiligten Forscher wären fatal, deshalb mussten die Neanderthaler-Proben in Reinraumbedingungen bearbeitet werden. Trotzdem lagen die Knochen sehr, sehr lange im Boden rum, die Proben enthalten darum jede Menge mikrobiolle DNA. Die wurde natürlich zunächst mitsequenziert, konnte aber dank bioinformatischer Methoden wieder entfernt werden: Bakterielle Genome sind im Vergleich mit dem menschlichen sehr klein, und es wurden bereits viele sequenziert. Indem die Leipziger Forscher ihre Sequenzen mit bakteriellen Genomsequenzen verglichen, konnten sie Verunreinigungen in ihren Daten erkennen und diese dann verwerfen. Diese Verunreinigungen machen ca. 90% des sequenzierten Materials aus! Wenn man dann noch bedenkt, dass die Gruppe um Svante Pääbo bei der DNA-Isolierung wegen fehlerhafter Protokolle ca. 99% Verlust hatte, dann ist es schon erstaunlich, wie weit sie in der kurzen Zeit gekommen sind.

Es muss aber ausdrücklich betont werden, dass es sich bestenfalls um eine erste Entwurfsequenz handelt. Ungefähr 60% des Genoms sind sequenziert, das aber nur einmal. Um sich gegen methodische Fehler der Sequenzierungstechnologien zu schützen, sollte jedes Nukleotid in einer Genomsequenz aber mehrmal sequenziert werden (die menschliche Referenzsequenz hat übrigens 12x Abdeckung). Ein weiteres Problem sind Sequenzunterschiede zwischen Individuen einer Art. Um die Variabilität der Genomsequenz einer Art einschätzen zu können, sollten möglichst viele individuelle Sequenzen vorhanden sein. Dies ist beim menschlichen Genom gerade im Gange, etwa mit dem Personal Genome Project oder dem 1000 Genomes Project. Sogar das erste menschliche Referenzgenom stellt in Wirklichkeit eine Mischung aus den Sequenzen von zwölf anonymen Individuen dar. Demnächst soll aber auch die Sequenzierung weiterer Neanderthaler-Proben beginnen, so dass dieses Problem wohl irgendwann behoben sein sollte.
Ein großes Problem soll auch nicht ungenannt bleiben: Durch das große Alter der Proben ist die DNA stark fragmentiert; es ist darum sehr wahrscheinlich, dass wir nie die komplette Genomsequenz des Neanderthalers erhalten werden.

Trotzdem ist es bereits mit diesen ersten Daten möglich, interessanten Fragen über das Verhältnis von Homo sapiens und Homo neanderthalensis nachzugehen. In weiten Teilen Europas lebten beide Menschenarten für mehrere tausend Jahre nebeneinander. Kam es zu einer Hybridisierung, also zu gemeinsamen Nachkommen beider Arten? Hat der heutige Mensch vielleicht sogar Neanderthaler als Vorfahren? Die bisherigen Sequenzdaten (beruhend auf mitochondrialen Sequenzen und dem Y-Chromosom) deuten eher in Richtung Nein.
Die Ausprägung des Gens MC1R (Melanocortinrezeptor 1), das das Ausmaß der Hautpigmentierung beeinflusst, zeigte, dass es möglicherweise auch hellhäutige und rothaarige Neanderthaler gab (Lalueza-Fox C et al (2007), Science 318:1453-5).

Abschließen möchte ich diesen Post mit (ja, richtig geraten) - einem Podcast! Vor ungefähr zwei Jahren, also noch relativ früh im Neanderthalergenomprojekt, wurde Svante Pääbo zusammen mit Thomas Jarvie (von 454 Life Sciences, die die Sequenziertechnologie zur Verfügung stellen) im immer guten Futures in Biotech Podcast interviewt [MP3-Link]. Ich habe das Interview seitdem nicht mehr gehört, werde aber vielleicht noch mal reinhören. Mal sehen, wie Pääbos Pläne von vor zwei Jahren mit der tatsächlichen Entwicklung mithalten konnten.

[1] Die öffentliche Aufmerksamkeit, die Darwin und Evolution gerade genießen ist sicher richtig und gut, aber ich freu mich auf die nächsten, ruhigeren Wochen. Bis es im Spätjahr dann mit dem 150jährigen Jubiläum der Origin-Veröffentlichung wieder rundgeht.

Kaffee kreiert Krebs?

2009-02-06T17:15:00.000+01:00

Die wissenschaftliche Blogwelt ist in Aufruhr: ~~Das Schundblatt~~ Die reich bebilderte englische "Zeitung" Daily Mail berichtet über mögliche genotoxische Gefahren von Koffein für werdende Kinder. Und zitiert dabei gleich den Wissenschaftler Marcus Cooke von der Uni Leicester, der gerade angekündigt hat, dies untersuchen zu wollen. Der Aufreger ist hier, dass einerseits eine Zeitung bereits auf Grundlage der Ankündigung eines Forschungsprojekts schwangeren Frauen ein schlechtes Gewissen einreden will, und auch noch großzügig Empfehlungen verteilt, wie man in Zukunft zu leben hat. Andererseits ist aber auch der interviewte Wissenschaftler nicht unschuldig:

‘Although there’s no evidence at all of a link between caffeine and cancer, we’re putting two and two together and saying: caffeine can induce these changes and it has been shown that these changes are elevated in leukaemia patients,’ added Dr Cooke.

Er leitet sich also aus dem Fehlen eines Beweises die Grundlage seiner Forschung und gleich auch noch das passende Ergebnis ab? Ich ruf da mal gleich beim Nobelpreiskomitee an...

Worauf die bloggenden Kollegen (mit Ausnahme von Neuroskeptic) in ihrer Aufregung aber gar nicht eingegangen sind, und Herr Cooke wohl "übersehen" hat: Die Verbindung Koffein und Genomstabilität ist bereits recht gut verstanden! Leider aber nicht so, wie es in dem Artikel dargestellt wird. Aber der Reihe nach.

Signalisierung von Schäden an der DNA

Ich bin in ein paar Posts schon auf die Reparatur von DNA-Schäden eingegangen, aber einen wichtigen Teil davon habe ich bisher unterschlagen. Denn bevor die Zelle wirklich die Schäden repariert, muss sie erst noch entscheiden, ob sich die Reparatur überhaupt lohnt. Denn bei zahlreichen Schäden besteht immer auch die Gefahr, dass sich Mutationen einschleichen. Und bevor sich dann Krebs entwickelt, opfert der Organismus lieber eine Zelle. Dieser programmierte Zelltod folgt einem strengen genetischen Programm und wird als Apoptose bezeichnet. Hat sich die Zelle entschieden, die Schäden doch zu reparieren, dann müssen zunächst die zahlreichen Reparaturproteine aktiviert werden. Außerdem sollte während der Reparatur der Zellzyklus angehalten werden. Es wäre nämlich sehr schlecht, wenn die Zelle mitten im Reparaturprozess anfängt, ihre DNA zu replizieren, oder sich zu teilen.

ATM und ATR

Eine zentrale Rolle bei all diesen Signalen spielen zwei verwandte Proteine, die beim Menschen ATM und ATR heißen. Beide sind Kinasen, also Enzyme, die die Aktivität anderer Proteine regulieren, indem sie Phosphatgruppen auf bestimmte Aminosäuren übertragen. Im Fall von ATM und ATR ist diese Kinaseaktivität nun abhängig von verschiedenen Schäden an der DNA: Dadurch werden sie aktiviert, und übertragen Phosphate auf Proteine, die die oben angesprochenen Prozesse wie Apoptose, Zellzyklus oder Reparatur regulieren. Fallen ATM und ATR aus, führt dies beim Menschen zu Erbkrankheiten wie Ataxia-telangiectasia (ATM, versucht mal das mehrmals hintereinander zu sagen) oder Seckel Syndrom (ATR). Eigentlich sollte es nicht überraschen, dass Menschen, die an Ataxia-telangiectasia leiden, sehr strahlenempfindlich sind. Ionisierende Strahlung erzeugt schließlich DNA-Schäden, und durch den Ausfall von ATM funktioniert dann die Regulation von Reparatur etc. nicht mehr. Dieser Punkt ist aber noch aus einem anderen Grund wichtig, wie wir gleich sehen werden.

Abbildung des ATM-Signalweges in der Zelle aus dem GeneAssist^TM Pathway Atlas von Ambion/Applied Biosystems. Gezeigt sind die wichtigsten Prozesse, die von ATM reguliert werden. Zielprotein werden von ATM aktiviert durch Anheften von Phosphatgruppen, dargestellt durch die Kreise mit "P" an den Proteinen.

Koffein hemmt ATM und ATR

Vor ein paar Jahren machten dann ein paar Forschergruppen eine interessante Entdeckung: Die Aktivität von ATM (und ATR) kann gehemmt werden durch Gabe von Koffein. Die Gruppe von Zhou et al. hat Glück, ihr im Journal of Biological Chemistry veröffentlichter Artikel darf für Lehrzwecke auch online frei benutzt werden. Durch Arbeiten mit Zellkulturen konnten sie zeigen, dass durch die Zugabe von Koffein mehrere von ATM aktivierte Signalketten unterdrückt wurden, beispielsweise ein Stopsignal im Zellzyklus, das die Einleitung der Zellteilung bei DNA-Schäden verhindern soll (der G2/M-Checkpoint). Dieser Effekt ahmt das Verhalten von A-T Zellen (Zellen von Patienten, die an Ataxia-telangiectasia leiden und in denen ATM inaktiv ist) nach, wie in Abbildung 5 des Artikels schön zu sehen ist.

Abb. 5 aus Zhou et al. (2000)

Chk2 ist ebenfalls eine Kinase, die aber hauptsächlich den Reparaturweg reguliert und von ATM aktiviert werden muss. Ohne jetzt groß das Prinzip hinter elektrophoretischen Methoden erklären zu wollen, sieht man nach Bestrahlung der Zellen die Aktivierung von Chk2 durch ATM in der höheren Bande bei 2 (vgl. mit 1), weil das Chk2-Molekül durch Anheften einer Phosphatgrupppe größer geworden ist. Diese Aktivierung findet nach Behandlung mit Koffein nicht mehr statt (die Bande ist bei 4 auf der gleichen Höhe wie die inaktive Kontrolle bei 1, es wurde also keine Phosphatgruppe drangehängt). Dieses Ergebnis ist vergleichbar mit dem Verhalten von A-T Zellen ohne Koffeinbehandlung (Nummern 5/6).

Abb. 7 aus Zhou et al. (2000)

In Abbildung 7 haben Zhou und Kollegen einen weiteren von ATM regulierten Weg angesehen, die Apoptose. Sehr wichtig zum Einleiten der Apoptose (dem programmierten Zelltod) ist das Protein p53, das ebenfalls durch Anheften einer Phosphatgruppe von ATM aktiviert werden kann. Wie man hier sehr schön sehen kann, wird p53 mit steigender Koffeinkonzentration immer weniger aktiviert, und das sogar ohne Bestrahlung (ausgeüllte Kreise: +Bestrahlung, offene Quadrate: -Bestrahlung)! Dies bedeutet, dass auch in wenigen Zellen, deren DNA nicht durch Bestrahlung massiv geschädigt wurde, spontane Schäden auftreten, die in einer Aktivierung von p53 (und wohl dem Auslösen der Apoptose) resultieren. Und Koffein kann das durch Hemmung von ATM unterdrücken.

Die medizinische Anwendung

Weiter oben habe ich bei der Beschreibung der Krankheit Ataxia-telangiectasia gesagt, dass die Patienten sehr strahlensensitiv sind, und die Daten hier haben auch gezeigt warum: ATM als zentraler Regulator von vielen zellulären Prozessen nach Schädigung der DNA kann diese Prozesse nicht mehr aktivieren, die Schäden werden nicht repariert und die Zellen versuchen munter, sich trotzdem zu teilen. Da Koffein dieses Erscheinungsbild von A-T Zellen nachahmen kann, wird es seit mehreren Jahren in der Krebsmedizin eingesetzt: Tumorzellen reagieren auf eine Strahlentherapie sensitiver, wenn der Patient zusätzlich Koffein verabreicht bekommt. Und dieser nützliche Effekt konnte auch für mehrere Chemotherapeutika gezeigt werden (etwa Cisplatin).

Nicht vergessen: die Konzentration!

Was in dem Daily Mirror-Artikel leider unterschlagen wird: Um diese Effekte von Koffein beim Menschen zu erreichen, sind Konzentrationen von etwa 10 mM nötig. Nach Trinken einer Tasse starken Kaffees liegt die Konzentration im Blut aber bei etwa 50 µM [1], sie ist also circa 200 mal niedriger. Anders ausgedrückt: Koffein ist nach maximal fünf Stunden im Blut wieder abgebaut, man müsste also mindestens 200 Tassen starken Kaffee innerhalb von weniger als fünf Stunden trinken, um einen Effekt von Koffein auf ATM zu erreichen!

Das Fazit der ganzen Geschichte: Der Daily Mirror sollte sich schämen, schwangeren Frauen Angst einzujagen, und Herr Cooke sollte vor seinem nächsten Projekt zumindest fünf Minuten recherchieren, mehr brauchts nämlich nicht. Und die Literatur ist wie gezeigt zumindest teilweise frei zugänglich.

[1] Berechnet aus einer Koffein-Plasmakonzentration von 10 mg/l und der Annahme von 8 mg/kg Koffein nach Genuss einer Tasse Kaffee.
[2] Sorry für den Titel, aber ich konnte es mir nicht verkneifen ;-)

Zhou, B. B., Chaturvedi, P., Spring, K., Scott, S. P., Johanson, R. A., Mishra, R., Mattern, M. R., Winkler, J. D., Khanna, K. K. (2000). Caffeine abolishes the mammalian G(2)/M DNA damage checkpoint by inhibiting ataxia-telangiectasia-mutated kinase activity J Biol Chem, 275 (14), 10342-10348

Die geplatzte Blase

2009-02-04T22:04:00.003+01:00

Ich meine nicht die aktuelle Finanzkrise, sondern den Boom und darauf folgenden Absturz der Biotechbranche Ende der 90er Jahre. Keith Robinson hat das bei einem der damaligen Biotech-Unternehmen Millennium Pharmaceuticals hautnah miterlebt, und hat vor ein paar Tagen auf Omics! Omics! ein wenig in Erinnerungen geschwelgt.

Of course, if you have a mountain of loot you probably want to protect it. Enter the lawyers. Millennium had always filed on their discoveries; now they had lots of discoveries to protect. But protect from what? Well, the paranoia was a loss of "Freedom to Operate", usually known as FTO. Nobody knew what would stand up as a patent -- but there were instructive examples from the early biotech era of business plans sunk by a loss of FTO -- and expensive lawsuits that clearly marked that loss. So the patenting engine took off -- an expensive insurance policy against an unpredictable future.
[...]
This was the late 90's and the hype was getting thick -- we were guilty but so were others. Millennium wasn't a big pusher of high gene counts -- at least in the terms of the day (but that's another whole story), but certainly we started selling all those genes we had & the ones we extrapolated were still out there. A key part of the business model was to sell the genes many times -- if we could sell the same gene to Lilly for cardiovascular & Roche for metabolic and AstraZeneca for inflammation, all the better. Not that anything underhanded went on; we'd present the case to each company & most of the deals had exclusivity only within a therapeutic area.

Auf den Punkt mit der Genzahl ist er dann in einem weiteren Post genauer eingeganen. Woher kamen die unheimlich großen Zahlen in den Schätzungen, wieviele Gene im menschlichen Genom zu finden sind, zu einer Zeit bevor die menschliche Genomsequenz veröffentlicht war? 50 000, 100 000, oder vielleicht sogar 200 000? Wohl hauptsächlich Konkurrenz. Wenn die Biotechfirmen A und B beide mit Bioinformatik und viel Fleiß an den Sequenziergeräten Datenbanken mit menschlichen Genen zusammenstellen und diese verkaufen wollen, etwa an Pharmafirmen, welche Datenbank wird dann eher gekauft? Solange man sich nur auf grobe Schätzungen verlassen kann vorsichtshalber die mit doppelt so viel Genen. So hat sich das dann langsam hochgeschaukelt in sehr luftige Höhen. Selber schuld, wenn alle mitspielen. Umso ernüchternder war für die Kunden dann das Resultat aus dem Human Genome Project: ca. 25 000 bis 30 000 Gene, die in den letzten Jahren dann auf eher 22 000 bis 23 000 zusammengeschrumpft sind.
Das soll aber nicht heißen, dass sich nicht ein paar Leute schon in den Neunzigern darüber Gedanken gemacht hätten:

So my colleague tried a new approach, which I think was to say: we have a few percent of the human genome sequences (albeit mostly around genes of interest and not randomly sampled). How many genes have been found? And what would that extrapolate out to for the whole genome.

His conclusion was so shocking I admit I refused to believe it at first, and never quite bought into it. I think it was about 25-30K. How could the textbooks be off by 2X-3X? I could believe the other genomics companies might be optimistic in interpreting their data, but could they really be deluding themselves that much??

But, the logic was hard to assault. In order for his estimate to be low by a lot, you would have to posit that the genomic regions sequenced to date were unusually gene poor -- and that the rest of the genome was packed.

Beide Artikel sind sehr lesenswert, und schon allein deshalb interessant, weil man über die jungen Jahre der Genomik meistens nur von der Seite der akademischen Forschung hört.

(leider keine) JoVE Videos

2009-02-03T22:37:00.003+01:00

Seit ich das letzte Mal ein Video aus dem Journal of Visualized Experiments (JoVE) vorgestellt habe, ist schon ein wenig Zeit vergangen. Ich habe natürlich immer mal wieder ein Auge reingeworfen, aber die Art der eingestellten Videos hat sich leider geändert. Während es zunächst noch Videos von kurzen Experimenten waren, die Arbeitsgruppen über ihre Ergebnisse drehten, werden nun in den Videos überwiegend die Methoden der Arbeitsgruppen vorgestellt.
Solche Videos sind aber leider höchstens für Leute interessant, die auf einem ähnlichen Gebiet arbeiten.
So habe ich mir etwa angesehen, wie man Antikörperfärbungen an Hühnerembryonen macht, mit welchem Versuchsaufbau man die Rolle von Geruchssignalen auf den Flug von Drosophilas untersuchen kann, oder auch wie man an methylierte DNA kommt.

Hört sich alles sehr spannend an, ist dann aber nach der kurzen Einleitung schnell recht langweilig. Ich bleibe aufmerksam, glaube aber leider nicht, dass ich so bald wieder über ein spannendes Video berichten kann.

Auslese 2008 - ich bin dabei!

2009-02-03T21:29:00.005+01:00

Warum schreibe ich ein wissenschaftliches Blog? Zunächst mal bin ich ein werdender Wissenschaftler, und deshalb natürlich interessiert an wissenschaftlichen Themen. Es macht mir aber auch Spaß, meine Begeisterung an Wissenschaft mit anderen zu teilen - eine Reihe von Diplomanten und Praktikanten durften das schon erleben.
Ich habe während dem Studium aber nur wissenschaftliches Schreiben gelernt, was eine eher trockene, formalisierte Sprache ist. Das Vermitteln von wissenschaftlichen Themen auch und besonders an Nicht-Wissenschaftler etwa hier auf dem Blog stellt mich also vor die Herausforderung, aus meinem üblichen wissenschaftlichen Sprachmuster auszubrechen. Was mir nicht immer gelingt, wie mir selbst bewusst ist.
Umso mehr hat es mich gefreut, dass eine fünfköpfige Jury von Wissenschaftlern und Journalisten meinen Beitrag "Was uns Forschung an Pflanzen über Parasiten sagt " für gut genug hielten, um ihn zusammen mit 14 weiteren sehr empfehlenswerten Blogposts in die Wissenschaftsblog-Auslese 2008 aufzunehmen!

In dem Sinn: Herzlich Willkommen an alle, die vom Wissenschafts-Café hierher gefunden haben. Seht euch ruhig um, und lest auch in andere wissenschaftliche Beiträge von mir rein. Ich werde mich bemühen, auch 2009 Beiträge zu schreiben, die würdig für die nächste Auslese sind.

Vielen Dank an die Juroren, aber auch an Marc und Lars für die Idee und die Organisation - und an den anonymen Nominator, der meinen Beitrag für die Auslese vorgeschlagen hat!

Spielwiese Bioinformatik

2009-01-30T16:30:00.000+01:00

Mit all den vielen nützlichen Werkzeugen, die die Bioinformatiker produzieren, um uns Biologen die Arbeit zu erleichtern, haben wir mittlerweile einen Punkt erreicht, der auch interessierten Laien einen spielerischen Einstieg in die Berge von Daten ermöglicht.

Ein sehr gutes Beispiel dafür ist der Genome Projector, der Genomdaten von vielen (bisher nur) Bakterienarten mithilfe dem bekannten Google Maps-Interface darstellt.
Das Referenzgenom des Laborstammes K12 von Escherichia coli (leicht in der Liste zu finden, es ist bereits mit einem Balken markiert) ist ein guter Startpunkt für jeden, der mal einen Blick reinwerfen möchte. Wer kann in der Pathway Map den Citratzyklus finden?

Und ich sags noch!

2009-01-27T17:36:00.003+01:00

Unerwartete Evolution
Sonja von Brethorst, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
26.01.2009

Höhere Tiere stammen nicht von niederen Tieren ab
Wissenschaftler der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo), des Sackler Institute for Comparative Genomics im American Museum of Natural History und der Yale University stellen in der neuesten Ausgabe des Online-Fachmagazins PLoS Biology überraschende Ergebnisse der Evolutionsforschung vor. Die Publikation kann ab Dienstag, den 27. Januar 2009 unter http://biology.plosjournals.org im Internet eingesehen werden.

Die deutsch-amerikanische Arbeitsgruppe hinterfragt mit ihren Forschungsergebnissen die bisherige Auffassung über den Verlauf der Evolution der Tiere. Bislang galt es als selbstverständlich, dass die Evolution der Tiere vom einfachen zum komplexen Tierstamm erfolgte. Die neuen Forschungsarbeiten zeigen jedoch, dass sich die niederen Tiere parallel zu den höheren Tieren entwickelt haben. Zu den niederen Tieren werden beispielsweise Korallen und Quallen gezählt, zu den höheren Tieren gehören alle bekannten Gruppen vom Wurm bis zum Menschen.

Pressemeldung beim Informationsdienst Wissenschaft

Hab ichs nicht gerade erst gesagt? In wenigen Sätzen, sowohl die alte Leier mit der scala naturae, und eine interessante Einteilung der Tiere in zwei Gruppen - höhere und niedere. Hier wird wenigstens die Grenze an einer bekannten Stelle gezogen, mit den höheren Tieren sind die Bilateria gemeint. Aber wieso dann nicht Bilateria sagen?

In den Kommentaren zu meinem letzten Post hierüber habe ich aus Papers zitiert, die die Grenze zwischen höheren und niederen Tieren ganz woanders ziehen, beispielsweise bei den Wirbeltieren. Sinn macht das Ganze jedenfalls keinen.

Und jetzt klaue ich zum Abschluss noch bei T. Ryan Gregory von Genomicron, der sich über das Paper auch aufgeregt hat:

"It is absurd to talk of one animal being higher than another" (Charles Darwin, 1837)

Wofür Eliteunis jetzt alles Geld ausgeben können

2009-01-26T22:10:00.002+01:00

Ich gehe durchschnittlich einmal pro Tag vom Büro/Labor (der Turm im Hintergrund) zu unserem Versuchsgewächshaus (ein paar hundert Meter hinter mir) und zurück. Bisher konnte man auf dieser Strecke wertvolle Sekunden sparen, indem man zwischen den Bäumen abkürzte. Was auch viele Leute an der Uni machen, der Trampelpfad ist nicht nur von mir! Jetzt hat die Uni wohl was dagegen, dass ~~ihr gepflegter englischer Rasen~~ ihr naturbelassenes Unkrautbeet betreten wird, und hat eine Absperrung aufstellen lassen. Nur viel gebracht hats nicht, gleich rechts vom Bild entsteht nämlich bereits ein neuer Ausgang ;-)

Projekt Paperübersicht #2: Der RTR-Komplex in Pflanzen?

2009-01-26T22:00:00.000+01:00

Und weiter gehts mit der Besprechung unseres aktuellen Papers! Während es in Teil 1 noch um ein wenig Hintergrund für die beteiligten Gene/Proteine ging, gehts heute ins Pflanzengenom und die Frage, ob es diesen RTR-Komplex auch in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana gibt.

Den Großteil unserer Arbeit machen wir mit Insertionsmutanten. Das sind Pflanzen, bei denen mit Hilfe des Bodenbakteriums Agrobacterium tumefaciens relativ große DNA-Fragmente in die Sequenz eines Gens eingeführt wurden. Dies führt im Endeffekt dazu, dass das Proteinprodukt dieses Gens nicht mehr hergestellt werden kann, die Pflanzenlinie unterscheidet sich also von Wildtyppflanzen nur darin, dass ein bestimmtes Gen ausgeschaltet wurde. Der Sinn hinter der Untersuchung von diesen Knockouts ist schnell einleuchtend: Vergleicht man Wildtyp und Knockoutlinie, dann ist sehr wahrscheinlich, dass jeder zusätzliche Defekt in der Knockoutlinie auf dem Ausfall des Gens beruht. Jetzt muss man nur noch umdenken - der Ausfall eines Gens führt zu bestimmtem Defekt, dann erfüllt dieses Gen normalerweise diese bestimmte Funktion, die ein Entstehen des Defekts verhindert.

Zunächst muss man sich natürlich fragen: Gibt es die Gene des RTR-Komplexes überhaupt in Arabidopsis? Hier kann man sich heutzutage sehr viel Arbeit sparen, dank sehr guter Bioinformatik und den frei zugänglichen Genomdatenbanken vieler Organismen. Was wir fanden, passt sehr gut den bereits beschriebenen Genen, vor allem aus der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae und dem Menschen.
Für das Gen RMI1 (bzw. BLAP75) gibt es im Arabidopsisgenom zwei mögliche Kandidaten. Einer davon (das Gen At5g19950) scheint nicht exprimiert zu werden, und auch von uns untersuchte Insertionsmutanten waren völlig unauffällig. Hierbei könnte es sich also um ein Pseudogen handeln. Der zweite Kandidat (At5g63540) war dafür umso interessanter, wie ich heute und in den folgenden Posts zu unserem Paper zeigen will. Dieses Gen wurde von uns darum AtRMI1 getauft [1].
Auf zum T aus RTR - der Topoisomerase. Hier war es leichter, weil als Homolog zu TOP3 bzw. TOPO3α nur ein mögliches Gen in Frage kam, At5g63920 oder AtTOP3α.
Ein wenig komplizierter wird es bei der RecQ Helikase. Bei dieser Familie wissen wir schon länger, dass es in Arabidopsis sieben Mitglieder gibt. Welche von diesen sieben ist nun aber das funktionelle Homolog zu der einzigen RecQ Helikase in Hefe, SGS1? Im Menschen ist dies unter fünf Familienmitgliedern das Gen BLM, und mit dem Aufbau dieser beiden Gene bewaffnet fallen schon ein paar der Arabdopsis RecQ Helikasen raus. Von den restlichen bleibt dann nur noch RECQ4A (At1g10930) übrig, wenn man bereits bekannte Eigenschaften der Mitglieder der RecQ Familie in Arabidopsis mit einbezieht (Hartung et al., 2007).

Glücklicherweise waren für diese Gene dann auch Insertionsmutanten verfügbar, mit denen wir arbeiten konnten.

Zum Abschluss jetzt noch ein paar "richtige" Daten. Die Beschreibung, wie und warum man bestimmte Gene überhaupt gefunden und benutzt hat, und wie die Mutanten aufgebaut sind, ist zwar ein wichtiger Teil eines Papers - es ist aber eher langweilig.
Es gibt eine relativ einfache Methode, die Beteiligung eines Gens bzw. dessen Proteinprodukts an der DNA Reparatur zu untersuchen: Schädigt man die DNA absichtlich, dann müssen diese Schäden repariert werden. Ist nun aber ein Gen ausgeschaltet, das in die Reparatur der DNA involviert ist, dann funktioniert die Reparatur logischerweise nicht mehr so gut. Das kann man auf verschiedene Weisen messen, wir bestimmen das relative Frischgewicht von behandelten Keimlingen verglichen mit gleich alten unbehandelten Keimlingen. Denn Probleme bei der DNA-Reparatur resultieren beispielsweise im Absterben der betroffenen Zellen, die sich dann auch nicht mehr Teilen oder Wachsen können. Die Folge: Kleinere, leichtere Keimlinge.
Die Bandbreite an möglichen Schäden an der DNA ist unheimlich groß, entsprechend gibt es auch jede Menge von Reparaturwegen. Indem man die Organismen verschiedenen Stoffen mit bekannten Schadeffekten an der DNA aussetzt, kann man mit diesem Versuch auch eine erste Einordnung der untersuchten Gene in diese Reparaturwege vornehmen. Eine Knockoutmutante wird nämlich nur dann sensitiver als der Wildtyp auf einen Stoff reagieren, wenn es in dem betroffenen Reparaturweg aktiv ist.

Abbildung 3 aus Hartung et al (2008)

In dieser Abbildung sind Sensitivitäten von Knockoutmutanten der Gene RECQ4A, TOP3α und RMI1 gegenüber verschiedenen Mutagenen gezeigt. Gegen Methylmethansulfonat (MMS, A in der Abbildung) sind viele Gene der homologen Rekombination sensitiv, so auch unsere drei Gene. MMS erzeugt Addukte an der DNA, indem es eine Methylgruppe an Stickstoffatome in den Basen der DNA hängt. Dies hat zu Folge, dass die normale Doppelhelix verzerrt wird, und elementare Vorgänge wie die Transkription und Replikation nicht mehr stattfinden können. Dies ist wahrscheinlich auch die Verbindung mit der homologen Rekombination, da sie mithilft Probleme direkt an der Replikationsgabel zu beheben. Davon abgesehen können Schäden durch eine Alkylierung aber auch durch die Reparaturwege der Basenexzisionsreparatur und der Nukleotidexzisionsreparatur behoben werden [2]. Die Ungenauigkeit dieser beiden Wege führt übrigens über den Umweg von Mutationen zu einer krebsfördernden Wirkung von MMS.
Cisplatin (genauer cis-Diamindichlorplatin, B in der Abbildung) ist ein interessanter Stoff. Über die eher zufällige Entdeckung dieses kleinen Moleküls habe ich schon mal geschrieben. Heute ist es einerseits eines der am häufigsten eingesetzten Chemotherapeutika, andererseits aber auch eines der bestuntersuchten Stoffe, was die Mechanismen der DNA-Schädigung angeht. Was passiert, wenn Cisplatin in die Zelle kommt? Das zentrale Platinatom reagiert freudig mit so ziemlich jedem Molekül, das es in die Finger kriegt. Deshalb findet man dann Platinaddukte an Zuckern, Fetten, Proteinen, aber eben auch der DNA. Blöd an der Sache ist aber, dass Cisplatin über seine beiden Chloridgruppen auch zweimal reagieren kann, und damit zwei vorher unverbundene Moleküle kovalent verknüpft. So werden dann schon mal Proteine an die DNA gebunden, oder noch schlimmer, zwei Basen der DNA kovalent verbunden. Dies nennt man Crosslinking, und davon gibt es zwei Möglichkeiten: entweder werden zwei Basen aus unterschiedlichen DNA-Strängen verknüpft (=Interstrang-Crosslink), oder es werden zwei Basen innerhalb eines Stranges verknüpft (=Intrastrang-Crosslink). Letzteres ist bei Cisplatin das häufigere Produkt, und auch hier liegen die Reparaturaufgaben bei der Nukleotidexzisionsreparatur und der homologen Rekombination (die besonders während der Replikation).
Zuletzt noch Camptothecin (CPT, C in der Abbildung). Das ist ein Alkaloid, das beispielsweise von der Pflanze Camptotheca acuminata zur Schädlingsabwehr gebildet wird. Und die Schädlinge, die an der Pflanze knabbern tun mir wirklich leid: Im vorigen Teil habe ich knapp beschrieben, was eine Topoisomerase mit der DNA macht. Camptothecin behindert diesen Vorgang der Topoisomerase 1. Genau in dem Zustand, wenn TOP1 kovalent mit der DNA verbunden ist und ein Einzelstrangbruch in der DNA vorliegt, bindet CPT daran und verhindert, dass die Topoisomerase die Lücke schließt und sich von der DNA löst. Dies hat zur Folge, dass bei der Replikation einerseits ein Protein kovalent verbunden auf der DNA sitzt und die Replikationsproteine behindert, und dass außerdem durch das Entwinden des Doppelstrangs aus dieser Lücke in der DNA plötzlich ein Doppelstrangbruch wird. Großes Problem, und sehr wahrscheinlich der Tod des hungrigen Schädlings [3].

Wie man sehen kann, sind alle Mutanten sensitiver als der Wildtyp (Col-0 in der Abbildung) gegenüber MMS und Cisplatin. Gegen CPT ist dagegen nur die Knockoutmutante von TOP3α sensitiv, die beiden anderen nicht. top3A-2 reagiert genau genommen auch auf MMS und Cisplatin sensitiver als recq4A-4 und rmi1-2. Während nun diese gemeinsamen Sensitivitäten eines der Indizien sind, dass die drei Proteine ihre Aufgaben gemeinsam erfüllen (also möglicherweise in einem RTR-Komplex), deuten die Resultate auch auf eine Sonderrolle für TOP3α hin. Auf die will ich aber erst im nächsten oder übernächsten Post eingehen - mit nem Cliffhanger müsst ihr einfach wiederkommen, oder?

[1] So wirklich neue und kreative Namen gibts bei Genen eher selten, aber es kommt vor. Siehe etwa das Gen SUPERMAN und sein Antagonist KRYPTONITE...
[2] Wenn ich jetzt noch anfange, jeden Reparaturweg ausführlich zu beschreiben werde ich gar nicht mehr fertig mit dem Post. Ich hab da aber eine nette Idee: Ich könnte den Mutagenen eigene Posts widmen, und dabei dann auch auf die relevanten Reparaturwege eingehen.
[3] Die Camptothecin-produzierenden Pflanzen besitzen übrigens TOP1-Gene mit leicht veränderten Sequenzen, so dass sie selbst nicht anfällig gegenüber CPT sind (Sirikantaramas et al, 2008).

Edgar Allan Poe

2009-01-19T09:00:00.000+01:00

Heute vor 200 Jahren wurde der amerikanische Schriftsteller Edgar Allan Poe geboren.

It was many and many a year ago,
In a kingdom by the sea,
That a maiden there lived whom you may know
By the name of Annabel Lee;
And this maiden she lived with no other thought
Than to love and be loved by me.

I was a child and she was a child,
In this kingdom by the sea:
But we loved with a love that was more than love —
I and my Annabel Lee;
With a love that the winged seraphs of heaven
Coveted her and me.

And this was the reason that, long ago,
In this kingdom by the sea,
A wind blew out of a cloud, chilling
My beautiful Annabel Lee;
So that her highborn kinsmen came
And bore her away from me,
To shut her up in a sepulchre
In this kingdom by the sea.

The angels, not half so happy in heaven,
Went envying her and me —
Yes! — that was the reason (as all men know,
In this kingdom by the sea)
That the wind came out of the cloud by night,
Chilling and killing my Annabel Lee.

But our love it was stronger by far than the love
Of those who were older than we —
Of many far wiser than we —
And neither the angels in heaven above,
Nor the demons down under the sea,
Can ever dissever my soul from the soul
Of the beautiful Annabel Lee:

For the moon never beams, without bringing me dreams
Of the beautiful Annabel Lee;
And the stars never rise, but I feel the bright eyes
Of the beautiful Annabel Lee;
And so, all the night-tide, I lie down by the side
Of my darling — my darling — my life and my bride,
In her sepulchre there by the sea,
In her tomb by the sounding sea.

Annabel Lee, von Edgar Allan Poe

Dies ist das letzte von Poe verfasste Gedicht vor seinem frühen und mysteriösen Tod 1849. Es ist einer der Texte von Poe, die mich am meisten berühren (neben The Raven, aber das Gedicht dürften viele ja kennen). Höchstwahrscheinlich ist es an seine Frau Virginia gerichtet - sie war die letzte in einer ganzen Reihe von Poe nahestehenden Frauen, die er durch Tuberkulose verlor. Eine von Poes Kurzgeschichten, die Maske des Roten Todes (The Masque of the Red Death), bezieht sich wahrscheinlich auch auf die Tuberkulose und die zur Zeit der Veröffentlichung daran leidenden Virginia. Ich finde es faszinierend, dass zwei der wichtigsten Themen von Poes Texten - Frauen und Tod - auch sein Leben auf eine Weise prägten, dass es eine seiner Kurzgeschichten hätte sein können.

In guter Tradition stoße ich mit einem guten Cognac an und hinterlasse drei rote Rosen.

Poe auf Deutsch (Projekt Gutenberg-DE)
Poe auf Englisch (Project Gutenberg)
Poe zum Anhören (Librivox.org)

Wieso man zumindest naturwissenschaftliche Kenntnisse der Mittelstufe haben sollte, wenn man medizinische Pressemitteilungen herausgibt...

2009-01-15T16:36:00.000+01:00

...oder: Gene, Gene, Gene und die böse junk DNA!

Dies ist mal wieder ein gutes Beispiel dafür, warum ich normalerweise verzichte, Pressemeldungen zu lesen. Eine Forschergruppe hat in einem aktuellen Paper in Nature gezeigt, dass eine microRNA (miR-21) zur Erkrankung der Herzmuskelschwäche beitragen kann. Das interessante daran ist, dass sie eine Verbindung zwischen einem der vielen Gene Silencing-Mechanismen und einer menschlichen Erkrankung zeigen konnten. Wohlgemerkt, diese Verbindung ist schon länger bekannt, wie die Autoren selbst schon im Abstract des Artikels schreiben. Soweit ist alles noch in Ordnung.

Aber was macht die Pressestelle des an der Arbeit beteiligten Rudolf-Virchow-Zentrum daraus?

"Genetischer Müll" löst Herzmuskelschwäche aus

Würzburg, 30.11.2008. Winzige Bruchstücke des Erbguts - so genannte "micro-RNAs", die bis vor kurzem als unwichtig galten, könnten jetzt die Prävention, Diagnose und Therapie der Herzmuskelschwäche revolutionieren. Würzburger Forscher fanden eine solche erstmals im Herzen, blockierten sie und konnten damit nicht nur gefährdete Mäuse vor dem Ausbruch der Erkrankung schützen, sondern auch an Herzmuskelschwäche erkrankte Mäuse heilen. Die Ergebnisse beschreiben die Wissenschaftler der Universität Würzburg in dem renommierten Wissenschaftsmagazin Nature.
Die Entschlüsselung des menschlichen Genoms brachte eine überraschende Nachricht mit sich: Nur ungefähr 1,5 Prozent der gesamten genetischen Information wird für die Herstellung unserer Proteine benötigt, wobei die Gene über eine Art Kopie, die Boten-RNA, in Proteine umgeschrieben werden. Der Rest der Gene galt lange als bedeutungsloser "genetischer Müll", weil deren RNA ohne nennenswerte Funktion sei. 2006 wurde jedoch für die Entdeckung, dass RNAs, aus denen keine Proteine entstehen, auch wichtige Aufgaben im Körper besitzen den Medizin-Nobelpreis verliehen [sic]. Diese RNA-Stücke regulieren die Bildung der Proteine über Bindung an die Boten-RNA direkt. Geht hier etwas schief, produziert der Körper also beispielsweise zu viel oder zu wenig Proteine, gerät die Körperzelle aus dem Gleichgewicht - Krankheiten entstehen.

Die Pressemeldung geht noch weiter, befasst sich mit diesem doch scheinbar so hochinteressanten Thema aber nicht mehr. Vielleicht, weil in der Pressestelle nichts tiefschürfenderes als dieses oberflächliche Blabla bekannt war?
Gehen wir das Ganze doch von vorne nach hinten durch. Der Titel ist schon super, "Genetischer Müll" gleich in scare quotes, und irgendwie klingt es so, als ob endlich der ultimative Grund der Herzmuskelschwäche gefunden wäre. Auf den genetischen Müll, also die junk DNA, möchte ich gleich ausführlicher eingehen, jetzt wird erst mal diese Meldung zerpflückt.
Erster Satz - microRNAs (schon wieder scare quotes) sind keineswegs "Bruchstücke des Erbguts", und sie galten auch nicht bis vor kurzem als unwichtig. Vielmehr werden microRNAs genauso wie alle anderen Gene (also auch die, die für Proteine kodieren) zunächst mal transkribiert, d.h. es wird eine Abschrift des Gens in Form einer RNA hergestellt. Bei proteinogenen Genen nennt man diese RNA dann mRNA (messenger RNA). Bei Genen für microRNAs, nunja, microRNA halt. Wären es wirklich Bruchstücke der DNA wäre es einerseits microDNA, und andererseits wäre die Zelle tot (Chromosomen zerbrochen und so). Eine schnelle Suche bei Pubmed ergibt außerdem, dass mindestens seit 2001 über microRNAs geschrieben wird - keineswegs "vor kurzem" also. Nehmen wir nicht nur diese Subfamilie der regulatorischen RNAs, sondern den gesamten Prozess des gene silencing, dann wird die Aussage noch lächerlicher. Über post-transcriptional gene-silencing wird dann auch schon seit 1955 geschrieben (mit bisher fast 19000 veröffentlichten Artikeln), und auf der Informationsseite für den (im Pressetext ja ausdrücklich erwähnten) Nobelpreis (Fire und Mello, 2006) wird direkt Bezug genommen auf Arbeiten in Pflanzen und Pilzen von 1990.
Im zweiten Absatz geht es dann munter so weiter. Da widerspricht sich der Text erstmal heftig. Einerseits sollen nur 1,5% des Genoms Gene sein ("für die Herstellung unserer Proteine benötigt"), andererseits ist das restliche Genom aber wohl voll von Genen ("Der Rest der Gene")!

Dieser Satz ist sowieso voll von Fehlern:

Der Rest der Gene galt lange als bedeutungsloser "genetischer Müll", weil deren RNA ohne nennenswerte Funktion sei.

Also, keine Definition was ein Gen ist. Eigentlich sogar das Eingeständnis, seit der 7. Klasse nicht mehr im Bio-Unterricht aufgepasst zu haben. Wörtlich genommen geht der Verfasser wohl davon aus, dass diese 98,5% des Genoms (weil sie ja angeblich Gene sind), auch in RNA umgeschrieben werden. Dies passiert zum allergrößten Teil aber nicht - das Genom ist transkriptionell überwiegend tot. Noch wichtiger, bisher hat noch niemand behauptet, dass eine einmal hergestellte RNA keine Funktion habe [1].

Jetzt aber zur junk DNA. Wann immer in den letzten Jahren jemand einen Effekt gefunden hat, der nicht dem Schema Gen - mRNA - Protein folgt, hat er gleich die böse junk DNA ausgepackt. Demnach sind ja alle anderen Molekularbiologen so beschränkt, dass die alles im Genom, was nicht diesem einfachen Schema entspricht, als genetischen Müll abtun, der völlig unnötig rumliegt und die Suche nach Genen erschwert. Jetzt kommt aber der Underdog, der mit seiner tollen neuen Entdeckung dem engstirnigen wissenschaftlichen Establishment entgegentritt. Klar, dass so eine Darstellung von den Medien gerne aufgegriffen wird.
Mit dieser Sichtweise gibt es nur ein Problem: Sie ist falsch, und das schon fast so lange, wie wir überhaupt wissen dass es Gene gibt und dass die DNA das Erbmaterial in der Zelle ist. Nur wenige Jahre nach der Beschreibung der DNA-Struktur durch Watson und Crick 1953 wurde die Translation in ihren Grundzügen aufgeklärt, also das Herstellen von Proteinen aus der Information der mRNA. Hier war aber schon klar, dass für diesen Prozess RNAs benötigt werden, von denen keine Proteine produziert werden: die tRNAs und die rRNAs. Auch das lernt eigentlich jeder in der Schule. Die Grundannahme, nicht-kodierende RNAs mit einer Funktion in der Zelle wären erst seit ein paar Jahren bekannt, ist also nicht nur falsch - diese RNAs gehören zum Establishment!

Das ist der eine Aspekt. Die andere Seite hat mit der Definition des Begriffs junk DNA zu tun. Zunächst mal ist nicht alles "Müll", von dem wir die Funktion nicht kennen. Mit junk DNA werden Elemente im Genom bezeichnet, die nachweislich keine Funktion haben! Der Nobelpreisträger Sydney Brenner gibt in diesem Video auf iBioSeminars (ab ca. 11:20) ein sehr gutes Beispiel. Die Alu Sequenz mit einer Länge von etwa 300 Basenpaaren kommt im menschlichen Genom in mehreren Millionen Kopien vor; sie macht damit je nach Schätzung zwischen 10 und 30% des gesamten menschlichen Genoms aus! Funktion? Fehlanzeige! Letzten Endes sind Alu-Elemente Parasiten von genetischen Parasiten.
Sogenannte Transposons sind genetische Elemente, die bestimmte Sequenzen an ihren Enden tragen und dazwischen Gene kodieren, deren Proteinprodukte diese Endsequenzen erkennen und dort Schnitte in die DNA setzen. Ein Transposon kann so per cut and paste von einer Stelle im Genom an eine andere wandern. Einen Nutzen für das Wirtsgenom hat das erstmal keinen, Transposons nutzen es nur als Transportvehikel. Alu-Elemente und andere, ähnliche Sequenzen gehen dabei noch einen Schritt weiter: Um selbst Gene zu tragen sind sie zu klein. An ihren Ende besitzen sie aber auch die Sequenzen, die von den Transposonproteinen erkannt werden. Alu-Elemente sind also ehemalige Transposons, die sich den Aufwand mit den Genen gespart haben und ihre noch funktionsfähigen Transposonkollegen ausnutzen. Wiederum aber kein direkter Nutzen für die Wirtszelle.
Larry Moran hat in den letzten Monaten verschiedenste Elemente im menschlichen Genom aufgelistet, die gesichert keine Funktion besitzen, also unter junk DNA fallen. Die Alu Elemente sind auch dabei (zu finden unter SINEs). Insgesamt ist er jetzt schon, ohne alle Arten von funktionslosen Elementen im Genom genannt zu haben, bei über 50% des Umfangs des Genoms - und das ist eine sehr zurückhaltende Schätzung!
In dem oben genannten Video weist Sydney Brenner auch auf ein weit verbreitetes Missverständnis hin, was den Begriff junk DNA angeht. Mit junk wird nämlich im Englischen keineswegs der Müll gemeint, den man wegwirft. Eine bessere Übersetzung wäre wohl das Wort Gerümpel; laut Brenner Dinge, die man gerade nicht brauchen kann, die man deshalb auf dem Dachboden lagert.

Most of the genome appears to be unneccesary; it is - if you like - call it rubbish. Now as you well know, there are two kinds of rubbish: The rubbish you keep, which we call junk, and the rubbish we throw away, which we call garbage.

Dieses Verständnis von junk DNA löst dann auch eine häufig gegen sie gerichtete Kritik in Wohlgefallen auf: Nur weil aktuell kein Nutzen für diese Elemente vorhanden ist, heißt das noch lange nicht, dass diese Sequenzen nicht irgendwann mal benutzt werden können!

[1] von der aktuellen Diskussion über stochastische Transkription und dem Nutzen der so hergestellten RNA mal abgesehen.

Projekt Paperübersicht #1: Der RTR-Komplex

2009-01-12T13:30:00.000+01:00

Leider gab es nicht so viele Rückmeldungen auf meine Frage, ob ich über ein aktuelles Paper, bei dem ich Mitautor bin, hier berichten soll. Die Umfrage in der Sidebar wurde genau 1 Mal angeklickt. Da das Ergebnis nun aber bei 100% für das Erklären steht, werde ich das auch tun. Nur werde ich, wie caesar im Kommentarteil geschrieben hat, auf ein Einstellen bei researchblogging verzichten. Deren Richtlinien verbieten zwar nicht das Schreiben über eigene Paper, mir scheint das aber trotzdem nicht vertretbar zu sein.
Da in dem Paper mehrere Punkte zur Sprache kommen, die auch auf eigenen Beinen stehen können, werde ich die Besprechung des Papers aufteilen. So wird das nicht ein Megapost, und ich kann jeweils besser auf den Hintergrund eingehen.

Heute beginne ich damit, die für das Paper relevanten Gene und ihre Proteinprodukte kurz vorzustellen, dass jeder eine Vorstellung über ihre Funktion in der Zelle hat. Zentral steht hier ein Komplex aus drei Proteinen, die für sich alleine gänzlich unterschiedliche biochemische Eigenschaften haben.

Über die Familie der RecQ Helikasen habe ich bisher nur sehr wenig geschrieben, obwohl ich mich schon seit meiner Diplomarbeit mit ihnen beschäftige. Aus dem Biounterricht kennen manche vielleicht noch den Begriff der Helikase für ein Protein, das für das Kopieren der DNA (die Replikation) benötigt wird. Da in der DNA zwei Stränge aneinandergelagert sind, kann sie erst dann kopiert werden, wenn die Basenpaarungen aufgelöst wurden. Dies wird durch eine Gruppe von Proteinen namens Helikasen erreicht, die unter Energieverbrauch aus einem Doppelstrang zwei Einzelstränge machen. Danach kann dann das lustige DNA-Kopieren starten. Helikasen werden jedoch nicht nur während der Replikation gebraucht - die meisten Vorgänge an der DNA benötigen die Hilfe einer Helikase, warum es von denen im menschlichen Genom auch laut der Proteindatenbank UniProt über 150 gibt. Beschäftigt man sich ein wenig intensiver mit dem Metabolismus der DNA, dann läuft man fast zwangsläufig einer Familie von Helikasen (also eine Gruppe von Proteinen, deren Gene evolutionär verwandt sind und alle ein einziges Gen als gemeinsamen Vorfahren haben), den RecQ Helikasen. Das liegt daran, dass Vertreter dieser Familie verschiedenste Aufgaben im Erhalt der DNA, so wie wir sie kennen, besitzen: Sie sind aktiv in der Rekombination und der Reparatur von DNA, man findet sie an den Enden der Chromosomen, der Telomere, wo sie für den Erhalt dieser Strukturen beitragen und somit beispielsweise ein schnelles Altern unserer Zellen verhindern. Andere Familienmitglieder nehmen Funktionen im Gene Silencing wahr (das auch als RNAi bekannte Phänomen wurde 2006 mit dem Nobelpreis belohnt). Biochemisch erfüllen RecQ Helikasen diese Funktionen in der Regel, indem sie besondere DNA-Strukturen [1] erkennen, und sie unter Energieverbrauch wieder auflösen. Fallen diese Funktionen in tierischen Zellen aus, dann kann Krebs entstehen.
Die allermeisten einzelligen Lebewesen besitzen genau eine RecQ Helikase, die als Allroundtalent die meisten dieser Aufgaben erfüllt. Interessanter, aber auch komplizierter, wird es in vielzelligen Lebewesen, da diese mehrere Gene für RecQ Helikasen in ihren Genomen tragen, die die Aufgaben untereinander aufgeteilt haben. Menschen haben beispielsweise 5, Arabidopsis sogar 7 RecQ Gene. Ein recht gut untersuchtes Familienmitglied beim Menschen heißt BLM, weil es durch Mutation die verheerende Erbkrankheit Bloom Syndrom auslösen kann. Funktionell entspricht dies in Arabidopsis dem Gen RECQ4A. Beide unterdrücken die Rekombination und sind involviert in bestimmte Arten von DNA-Reparatur. Zumindest ein Teil dieser Aufgaben wird in dem RTR-Komplex wahrgenommen, um den es heute geht. Darum will ich es auch gut sein lassen für jetzt.

Das zweite Protein im Komplex ist eine Topoisomerase. Sie wird in der Bäckerhefe TOP3, in vielzelligen Eukaryoten TOPO3α genannt. Topoisomerasen lösen topologische Probleme der DNA - darum der Name. Ein einfaches Beispiel soll helfen zu verstehen, was damit gemeint sein soll: Stellt euch ein Gummiband vor; ein Ende macht ihr an einem Türgriff fest, das andere haltet ihr in der Hand. Nun verdrillt (überdreht) ihr das Gummiband. Wie lässt sich diese Überdrehung wieder auflösen, wenn die Enden fest verankert sind? Mit der DNA ist das etwas einfacher als mit einem Gummiband, aber genau das machen Topoisomerasen: Sie schneiden einen Strang durch, an dieser Position kann das Gummiband/die DNA nun frei drehen. Wenn die Überdrehung aufgelöst wurde (dies geschieht durch die in der Überdrehung gespeicherten Energie von selbst), schließt die Topoisomerase die Lücke wieder. Ein geschnittenes und geklebtes Gummiband würde man wohl nicht mehr benutzen, aber in der DNA bedeutet dies nur das Lösen und Verknüpfen einer Bindung im Molekül, das macht also keinen Unterschied [2].

Der dritte Komplexpartner heißt in der Bäckerhefe RMI1 und im Menschen BLAP75. Anders als die ersten beiden Proteine scheint es keine enzymatische Funktion zu besitzen. Trotzdem erfüllt der Komplex seine Aufgabe schlechter, wenn man dieses Protein daraus entfernt. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass RMI1/BLAP75 einerseits die Erkennung von und Bindung an besondere DNA-Strukturen fördert, und andererseits Helikase und Topoisomerase im Komplex zusammenhält. Auf diese Weise können die beiden Proteine ihre Aufgaben kooperativ erfüllen.
Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass der Komplex auch ein Protein namens RMI2/BLAP18 enthält. Dieses ist nahe verwandt mit RMI1, und beide ergänzen sich in ihrer Funktion. Außerdem ist schon bekannt, dass noch weitere, bisher unidentifizierte Proteine im Komplex enthalten sind.

Aufgrund der drei zentralen Proteine erhielt der Komplex jedoch seinen Namen - BTB für BLM, TOPO3α und BLAP75 im Menschen beziehungsweise RTR für RecQ Helikase, TOP3 und RMI1 in der Bäckerhefe. Was er genau mit der DNA anstellt, darauf will ich in einem gesonderten Post eingehen. Kurz erwähnen will ich nur noch, dass der RTR-Komplex vor kurzem die traurige Ehre zuteil wurde, von Kreationisten als "Argument" missbraucht zu werden.

[1] Wer sich schon gefragt hat, wo der nächste Post in der Serie DNA-Strukturen bleibt - schuldig im Sinne der Anklage. Es ist ja nicht so, dass mir da die Themen ausgingen. Es geht bald wieder weiter damit, versprochen!
[2] Es gibt noch eine zweite Form von Topoisomerasen. Die schneiden nicht einen, sondern beide Stränge der DNA durch. Das ist etwa dann nötig, wenn mehrere Chromosomen ineinander verknotet sind.

Gehirn einschalten hilft, auch im Labor

2009-01-09T10:32:00.003+01:00

Für viele Routinearbeiten im molekularbiologischen Labor gibt es heute von vielen Herstellern Kits. Du musst DNA isolieren? Kein Problem, mach die Schachtel auf, nimm ein paar kleine Plastikdinger, dann soviel Lösung X drauf, abzentrifugieren, Lösung Y drauf, fertig. Das hat gegenüber der alten Methode, alles selbst zu machen, natürlich Vorteile:
Die Ergebnisse sind in der Regel reproduzierbarer, man muss nicht mehr mit gefährlichen Chemikalien wie Chloroform oder Phenol hantieren, man ist auch schneller fertig.
Das Problem dabei: Gerade weil man nicht mehr selbst mit Chemikalien arbeitet, sondern nur noch fertige Lösungen mit nichtssagenden Namen benutzt, kennen viele Leute nicht die hinter dem Kit stehende Chemie. Es wird halt einfach nach Vorschrift vorgegangen. Ein zweiter Nebeneffekt der Kits ist die geringere Ausbeute. Ein schönes Beispiel dazu ist mir auf Next Generation Sequencing untergekommen:

In the new issue of Biotechniques, a paper by Maricic and Pääbo (login may be required) describes how a change to the standard 454 sequencing protocol can dramatically increase the size of the library of DNA that goes into the actual sequencing reaction.

The trick used is to replace the last step in the library preparation where single stranded DNA is released from streptavidin beads. The original 454 protocol employes NaOH denaturation for this step, but the researchers found that this procedure results in a loss of over 99% of the DNA. However, When they replaced the NaOH denaturation with a heat denaturation by incubation recovery increased to 98%.

These authors are coming from the ancient DNA community and have an obvious motivation for optimizing the DNA retrieval from scarce ancient biological material. However, these findings are equally important to other applications aimed at sequencing small volumes of biological material such as tumors and within-host sub-populations of pathogens.

(Hervorhebung von mir.)

Wow. Ich bin ja gewohnt, nach einer DNA Aufreinigung nur ca. 50% hinten rauszubekommen, aber >99% Verlust? Ich bin sprachlos. 454 gehört zu Roche, und da arbeitet keiner der bezahlt wird, ein Verfahren zu optimieren bevor es auf Kunden losgelassen wird? Ich frage mich gerade, wie viele Leute wohl Geld für fehlgeschlagene 454-Sequenzierungen ausgegeben haben, und der Grund war nur ein Problem mit der Präparation der DNA statt mit der wissenschaftlichen Fragestellung.

Maricic T und Pääbo S (2009): Optimization of 454 sequencing library preparation from small amounts of DNA permits sequence determination of both DNA strands. BioTechniques 46(1):51-57.

(Eigentlich wollte ich gestern abend ja die Paperbesprechung posten, dann habe ich aber ein tolles Rezept für Erdnussbutter-Schoko-Brownies gefunden, das ich lieber austesten wollte. Deshalb kriegt ihr erstmal nur diesen kurzen Post.)

Dieses warme Gefühl in der Magengegend

2009-01-07T19:15:00.003+01:00

Nein, ich hab nicht gerade nen Döner verdrückt. Es geht mir um einen der Gründe, warum zumindest ich in der Wissenschaft bin (und ich gehe davon aus, dass dieser Grund auch für viele andere zutrifft).
Wer sozusagen an vorderster Front der Wissenschaft forscht, der hat immer mal wieder einen Vorsprung gegenüber dem Rest der Menschheit: Aus den Versuchen erhält man interessante Daten, die einem etwas über die Natur erzählen. Immer wenn das passiert, ist man der einzige auf der Welt der das weiß, und es ist ein tolles Gefühl, sei es auch noch so klein und unbedeutend. Dieses Gefühl macht jedenfalls all die Monate von x-mal wiederholten Routinearbeiten im Labor wieder wett, man ist erfüllt von einem unbeschreiblichen Tatendrang, so dass man noch mehr Zeit im Labor zubringt als sonst. Nicht nur mir ging das so - wie es aussieht hatte Alex Palazzo vom Daily Transcript dieses Erlebnis gerade, nur ne Nummer größer!

So I isolated each factor and sent them to be identified by mass spectroscopy. Then I waited. Christmas came and went. Friend visited from New York, family visited from Montreal and then early on New Years Eve I received an email from the mass spec facility. My results had arrived! Before anyone was up, I looked over the list and realized what I had stumbled into. I couldn't believe my eyes. It's obviously the answer. Obvious. I should have gone fishing earlier. Now all that is missing is the last piece of the puzzle. That last factor that must link all the bits together.

This is why I haven't been blogging. This is why it's 10:01PM and I'm in the lab. This is why I've been totally obsessed with my work.

This is why I'm in science.

Gutes für die Ohren

2009-01-07T15:08:00.003+01:00

Wenn ich auf gute Blogposts verlinke, warum dann nicht auch auf gute Podcasts, die mir zwischen die Ohren kommen? Das dürfte sich also in so eine Art Serie entwickeln...
Diese Woche kann ich gleich mit drei Tipps loslegen:

Im immer sehr guten Futures in Biotech Podcast wird in der aktuellen Folge 37 [MP3-Link]Marty Chalfie interviewt, einer der drei diesjährigen Chemie-Nobelpreisträger. In dieser Folge geht es um seine Arbeit am Modellorganismus Caenorhabditis elegans und der Erforschung der molekularen Grundlagen des Tastsinnes. In der nächsten Folge soll dann die Entwicklung von GFP als Werkzeug angesprochen werden, für die er mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.

StarShipSofa ist die Audioversion von Science Fiction Magazinen wie Asimov's oder Astounding. Neben diversen Sektionen mit Fiktion, wie Gedichte und Short Stories, gibt es auch nicht-fiktionale Abschnitte. In der Folge Aural Delights 57 [MP3-Link] gibt JJ Campanella eine sehr gute Übersicht über grüne Gentechnik - informativ aber spannend, ohne Hype und Panik, dafür aber sehr ausgewogen. Ungefähr bei 55:30 fängt der Teil an.

BBC Radio 4 stellt mit In Our Time den meiner Meinung nach besten Geschichtspodcast ins Netz. Das liegt vielleicht daran, dass nicht wie im Geschichtsbuch ein Zeitpunkt oder ein Ereignis herausgepickt wird, und dann aufgezählt wird was da passiert ist. Vielmehr wird in jeder Folge ein Aspekt oder eine Idee aus Philosophie, Wissenschaft oder anderen Bereichen genommen und in der zeitlichen Entwicklung betrachtet. Aktuell gibt es anlässlich des Darwinjahres 2009 nur im Podcast Feed eine vierteilige Dokumentation über das Leben von Charles Darwin - klasse! Online sind bereits drei Teile [MP3-Links Teil 1, Teil 2, Teil 3].

Wenn ihr auch etwas Gutes gehört habt, immer her mit den Empfehlungen!

sinnfreie Kommentare von Nobelpreisträgern

2009-01-02T20:15:00.003+01:00

Es ist ja mittlerweile fast schon ein Merkmal von Nobelpreisträgern, dass sie mit der Annahme des Preises ihr Hirn abgeben und danach nur noch mit unverständlichen Aussagen Schlagzeilen machen. Der bekannteste Vorfall dieser Art in letzter Zeit waren die rassistischen Äußerung von James Watson, die ihn letztlich auch seinen Posten als Direktor des Cold Spring Harbor Laboratory.

Jetzt hat die deutsche Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard in einem ZEIT-Interview nachgezogen. Ich konnte davon nur eine kurze Pressemeldung finden, darin stehen aber schon ein paar knackige Sätze.
Kurz zusammengefasst hat Frau Nüsslein-Volhard etwas dagegen, dass so viel DNA sequenziert werde. Genauer gehe das Sequenzieren auf Kosten anderer biologischer Arbeiten, die sie für wichtiger hält. Ich verstehe ja, dass sie ihr Fachgebiet, die Entwicklungsbiologie, für total spannend hält, aber ich konnte nie nachvollziehen, wieso man anderen Gebieten ihre Relevanz absprechen will. DNA wird nicht sequenziert, dass man große Datenbanken mit vier Buchstaben füllen kann - Sequenzen sind die Grundlage für viele weitere Probleme. Unter anderem auch für die Entwicklungsbiologie.
Christiane Nüsslein-Volhard wurde 1995 zusammen mit Edward B. Lewis und Eric F. Wieschaus mit dem Nobelpreis geehrt. Das Thema war hier die Untersuchung der Genetik der Embryonalentwicklung. Die Gene, denen die von Wieschaus und Nüsslein-Volhard untersuchten Entwicklungsmutanten zugrundeliegen, sind heute Modelle für die entsprechenden Gene in anderen Organismen. Warum? Weil wir die Sequenzen dieser Gene kennen, und darüber verwandte Gene finden können!

Nebenbei geht Frau Nüsslein-Volhard in dem ZEIT-Interview auch noch gegen die synthetische Biologie im Allgemeinen, und Craig Venter im Besonderen, an. Jetzt mal ganz von Abneigungen gegen Venter und seinen Methoden abgesehen - ihre Aussage, dass Venter es nicht schaffen wird, einen künstlichen Organismus zu erzeugen, ist mittlerweile als sehr mutig zu bezeichnen. Er hat bereits veröffentlicht, dass er ein gesamtes Genom einer Bakterienart in die Zelle einer anderen Art überführen kann, und dass diese Zelle dann alle Eigenschaften der Spenderart annimmt. In einem zweiten Paper zeigte er, dass die chemische Synthese eines kompletten Genoms möglich ist. Kombiniert man beide Techniken, hat man einen künstlichen Organismus. Und das ist wohl nur noch eine Frage der Zeit.
Interessanterweise benutzt sich hier Frau Nüsslein-Volhard einer Argumentationstechnik, die auch gern von Kreationisten benutzt wird: dem argumentum ad ignorantiam.

"Die Natur ist wahnsinnig gut. So raffiniert, dass wir sie bis heute nicht vollständig verstanden haben."

Ich bin mal gespannt, was da im vollständigen Interview noch zum Vorschein kommt.

Frohes Neues mit Sachen zum Lachen (und Mitsingen)!

2008-12-31T15:41:00.005+01:00

Was gibt es besseres, als das neue Jahr mit einer super lustigen, eindeutig nicht jugendfreien Definition von "Wissenschaft" zu beginnen? Eben. Deshalb dieser Kommentar des Kriminaltechnikers Vince Masuka aus der dritten Staffel von Dexter:

That's not opinion, that's science. And science is one cold-harded bitch with a fourteen inch strap-on.

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Die Szene startet um 3:49, der zitierte Satz um ca. 5:40. Einfach großartig!

Ich hab noch ein zweites Video für euch. Und das kommt auch von einer Serie - es ist der Titelsong der Sitcom The Big Bang Theory. Das Lied heißt "History of Everything" und ist von den Barenaked Ladies, die ich vor ca. 10 Jahren auch mal live gesehen hab. Viel Spaß beim Mitsingen!

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Weihnachtspaper!

2008-12-24T12:35:00.003+01:00

Die Firma DNA 2.0 hat nach dem Weihnachtspaper von 2006 (Santa Claes, Rudolph Reindeer, Saint Nicolas, Ness E. Tomte, Dasher Sridhar, Jeremy Elf (2006): Heterologous expression and functional characterization of the Santa Hoho2 gene. Proc Natl Acad Sci, North Pole 12:25-31. [PDF]) dieses Jahr endlich ein neues weihnachtlich angehauchtes Paper veröffentlicht!

Santa Claes, Feliz Navidad, Tomte Ness E., Ten N. Baum, Hanukkah Harry, Bada Din Sridhar, Jeremy Elf (2008): Metabolic engineering of Picea abies for receptor mediated induction of fluorescence and olfactory signaling. Proc Natl Acad Sci, North Pole 12:25-31. [PDF]

Abstract
Reoccurring seasonal harvesting of Picea abies (Norwegian spruce) and the subsequent attachment of light fixtures to the tree followed by composting after only 3 weeks of minimal use is not only a waste but also leads to diminishing spruce forests, release of carbon dioxide, global warming, increased energy consumption and a political burden to the ongoing diplomatic efforts of Santa Claus. We here present a synthetic biology solution to address this key concerns for winter celebrations – A song induced Christmas tree with endogenous light and odor emission. Advances in synthetic biology, tissue engineering and metabolic engineering have now provided new insights and techniques for controlling whole organism signaling and bio-compound production in situ, and recent efforts in synthetic biology have demonstrated that complex regulatory and metabolic networks can be designed and engineered in microorganisms and simple eukaryotes. Leading researchers at the NorthPole Bioscience Engineering Council here disclose how sonic-induced signals received through tissue engineered tympanal organs are incorporated into regulating the metabolic distribution of fluorescent and olfactory signals in Picea abies. Upon induction, the cellular nodality of the tree branches emit light at predefined wavelength due to engineered luciferases mTwinkie (yellow), mWonderbread (white) and mSnoBalls (pink). The synthetic induction system also triggers the production and emission of seasonal olfactory signals including trans-cinnamaldehyde (cinnamon), 6-gingerol (ginger), and methyl salicylate (mint). The synthetic pathway is hereby denoted xmas1.

In diesem Sinne - ich wünsche euch allen Frohe Weihnachten! Und versucht mal, euren Baum anzusingen, vielleicht habt ihr ja eins dieser transgenen Exemplare bei euch stehen!

Ein nettes vorgezogenes Weihnachtsgeschenk

2008-12-24T12:00:00.000+01:00

Nach Monaten von Warten kam letzten Freitag endlich das neueste Paper unseres Instituts raus - und ich bin einer der Mitautoren (Wenn auch nicht der Erstautor, was ich auf jeden Fall betonen will.)! Das ist zwar nicht mein erstes Paper [1], aber an dieser Arbeit war ich während meiner Diplomarbeit beteiligt und bin es auch aktuell während meiner Doktorarbeit.
Da der Artikel bei PLoS Genetics erschienen ist, kann ihn jeder kostenlos lesen, also super für Open Access! Spannend an der Geschichte ist auch, dass wir den Artikel back-to-back mit einem zweiten Paper der Gruppe von Mathilde Grelon aus Versailles veröffentlicht haben. Deren Ergebnisse ergänzen sich sehr gut mit unseren, so dass PLoS Genetics sogar noch nen Perspective-Artikel dazu hat schreiben lassen.
Ich bin jetzt gerade ein wenig unentschlossen, wie ich hier weitermachen soll. Einerseits halte ich das Thema für sehr interessant und spannend (natürlich!), andererseits kommt es mir aber extrem merkwürdig vor, über eigene Arbeiten zu schreiben. Wäre das nicht ein wenig wie Werbung? Haltet ihr mich für objektiv genug, oder sieht das dann so aus, als wollte ich unsere Daten in ein positiveres Licht rücken? Ich werd also eine kleine Umfrage in die Seitenleiste stellen, dann dürft ihr das entscheiden!

Hartung F, Suer S, Knoll A, Wurz-Wildersinn R, Puchta H (2008): Topoisomerase 3α and RMI1 Suppress Somatic Crossovers and Are Essential for Resolution of Meiotic Recombination Intermediates in Arabidopsis thaliana. PLoS Genet 4(12): e1000285.

[1] Darüber hatte ich vergessen zu berichten, das erste Paper bei dem ich Mitautor bin kam im Oktober raus. Mein Anteil an der Veröffentlichung geht noch auf ein längeres Praktikum während des Studiums zurück, am Institut für Rebenzüchung in Siebeldingen in der Südpfalz, einer Einrichtung des Julius-Kühn-Instituts (Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen).

Kortekamp A, Welter L, Vogt S, Knoll A, Schwander F, Töpfer R, Zyprian E (2008): Identification, isolation and characterization of a CC-NBS-LRR candidate disease resistance gene family in grapevine. Molecular Breeding 22(3):421-432.

Zurück aus Wien

2008-12-15T22:13:00.003+01:00

Seit ein paar Tagen bin ich wieder zurück von meinem 2wöchigen Trip nach Wien. Und neben vielen schönen Erinnerungen und Erfahrungen aus der Gruppe von Karel Riha am Gregor-Mendel-Institut, deren Mitglieder viel Zeit geopfert haben, um mir neue Methoden beizubringen (die sogar gleich in ein paar sehr interessanten Daten resultierten!), habe ich die Zeit genutzt und so viel wie möglich von der Stadt angesehen. Ein paar der Bilder habe ich zu Picasa hochgeladen, sie sind hier zu finden [1]:

Wien 081123-081208

Wenn ich nun schon in Wien war, wollte ich natürlich auch mal die Science Busters sehen. Da gab es nur ein Problem: die waren für mehr Vorstellungen ausverkauft, als ich in Wien sein würde! Glücklicherweise hatten die Kollegen vom GMI (liebe Grüße, falls das jemand von euch liest!) schon vorbestellt, und eine Karte wurde frei. So saß ich dann doch noch zum Thema "Geheimnisvolles Universum Reloaded: Vom Urknall bis zum Multiversum" in der zweiten Reihe und genoss die Show - extrem empfehlenswert!

Hin und zurück war ich übrigens auch per Zug unterwegs. Nicht, weil es günstiger gewesen wäre. Mit dem Flugzeug hätte die Reise nicht mal halb so lange gedauert, und wäre auch nur ungefähr halb so teuer gewesen. Was macht man aber nicht alles für die Wissenschaft - ich hatte auf dem Hinweg jede Menge DNA dabei, und auf dem Rückweg zusätzlich noch Membranen von Southern Blots. Die darf ich zwar problemlos und ganz legal transportieren, aber wer riskiert heutzutage denn die Arbeit von Monaten bis Jahren an einer Sicherheitskontrolle im Flughafen ("Sorry, aber das dürfen sie nicht mitnehmen. Werfen sie es bitte da hinten in die schwarze Tonne.") Gerade bei den Membranen hätte das heikel werden können. Die bestehen nämlich aus Nitrocellulose, und da springen wahrscheinlich die Sprengstoffdetektoren drauf an :D

[1] Als Biologe konnte ich natürlich nicht anders, es sind auch jede Menge Bilder von Tieren dabei.

Das gibt "Handystrahlung" ne ganz neue Bedeutung

2008-12-10T17:45:00.002+01:00

Seit fast einem Jahr hat ein japanisches Pärchen Handyanhänger verkauft, die im Dunkeln leuchten. Jetzt wurden die beiden verhaftet, und das japanische Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie hat alle Anhänger zurückgerufen.
Sie enthalten nämlich Tritium, ein radioaktives Isotop von Wasserstoff (³H)! Manche kennen das Prinzip vielleicht, weil so früher Zifferblätter von Uhren oder auch Kompasse (Kompässe?) zum Leuchten gebracht wurden. Tritium besitzt neben dem Proton des Wasserstoffs noch zwei Neutronen im Kern. Dieser ist aber instabil und zerfällt in Helium unter Emission eines Elektrons (Betastrahlung). Dieses Elektron trifft dann beispielsweise in Uhren auf eine Beschichtung mit einem Fluoreszenzmittel wie Phosphorverbindungen und regt sie zum Leuchten an. Problematisch besonders mit Tritium ist die geringe Größe des Atoms, es entweicht wie Wasserstoff gern aus allen möglichen Behältern.

Die Menge an Tritium in den Handyanhängern ist zwar wohl nicht gesundheitsgefährlich, überschreitet aber das in Japan erlaubte Level um das 26fache. Witzige Nebenbemerkung des Artikels: Da man in Japan eine Lizenz für das Arbeiten mit radioaktivem Material benötigt, haben wohl auch alle Käufer der Anhänger unwissend dieses Gesetz gebrochen.

Oh, und noch ein kleiner Punkt: Wieso wird in der Quelle ein Bild von transgenen Katzen gezeigt, die GFP bzw. RFP exprimieren? Mit Radioaktivität hat das jedenfalls nichts zu tun...

[via Greg Laden]

Autsch, MaxPlanckForschung!

2008-12-10T09:30:00.003+01:00

Anscheinend hat man sich für die aktuelle Ausgabe des Magazins MaxPlanckForschung entschieden, passend zum Thema Forschung in China ein klassisches chinesisches Gedicht in chinesischen Schriftzeichen auf die Titelseite zu bringen. Laut dem Independent haben die es wohl aber fertig gebracht, stattdessen einen Werbetext eines Bordells aus Macau abzudrucken, der "heiße Hausfrauen" und "entzückende Darbietungen" anpreist. Auf der Titelseite. Gratulation!

Die Max-Planck-Gesellschaft hat sich mittlerweile zu dem Fauxpas geäußert, und die Schuld auf einen Sinologen geschoben, der gemeinerweise nicht auf die versteckte Bedeutung eines solchen Textes hingewiesen hat.

The Max Planck Institute was quick to acknowledge its error explaining that it had consulted a German sinologist prior to publication of the text. "To our sincere regret ... it has now emerged that the text contains deeper levels of meaning, which are not immediately accessible to a non-native speaker," the institute said in an apology. "By publishing this text we did in no way intend to cause any offence or embarrassment to our Chinese readers."

Außerdem wurde mittlerweile leider auch das Titelbild geändert [PDF].

[via BoingBoing]

Wiener G'schichten

2008-11-30T16:17:00.002+01:00

Ich habe eine Entschuldigung, warum ich so lange nichts mehr geschrieben habe: Seit fast einer Woche bin ich in Wien am Gregor-Mendel-Institut! Und neben Museen und Christkindlmarkt lerne ich auch in der Gruppe von Karel Riha neue Methoden [1], die mich in meiner Arbeit voranbringen sollen.

Ansonsten wirds wohl noch eine weitere Woche nichts von mir geben, solange bin ich nämlich noch hier!

[1] Für die Interessierten.

Seeigelsex

2008-11-18T17:25:00.006+01:00

Ich möchte euch heute ein wenig über ein kleines Projekt erzählen, das ich in meiner Studienzeit zusammen mit Ele von Selective Sweep durchführte.
Für eine meeresbiologische Exkursion war ne ganze Truppe Karlsruher Studenten zwei Wochen auf der italienischen Mittelmeerinsel Giglio [1]. Neben viel Schnorcheln samt Tiere sammeln und Bestimmen hatten Zweiergruppen auch eigene Themen zu bearbeiten - wir beide hatten Echinodermen, also Stachelhäuter, bekommen. Das hörte sich erst mal nicht sooo spannend an, muss ich zugeben. Und dann mussten wir uns auch noch Versuche zu dem Thema überlegen, die wir mit den begrenzten Mitteln auf Giglio durchführen konnten! Um es kurz zu machen, das Thema stellte sich natürlich als viel interessanter heraus als gedacht, und eines unserer Projekte war besonders spannend: Wir wollten Eizellen von Seeigeln künstlich befruchten und dann die Entwicklung der Larven über mehrere Tage mitverfolgen!

Das war in der Praxis dann gar nicht so einfach. Zunächst mussten natürlich Seeigel gesammelt werden. Also an nem felsigen Stück der Küste raus ins Wasser, und möglichst ohne große Verletzungen mehrere Vertreter einer Art einpacken. Ein Vorteil bei der Fortpflanzung von Seeigeln ist, dass sie im Meerwasser abläuft - Spermien und Eizellen werden in großen Wolken abgegeben, mischen und befruchten sich. Wir mussten unsere Igel aber dazu kriegen, auf Kommando abzulaichen. Das ist tatsächlich leichter als man vielleicht denkt: Durch Spritzen einer Lösung von Kaliumchlorid direkt in den Mundraum (ungefährlich für die Tiere) legen die sofort los. Wir mussten dann nur noch Spermien und Eizellen mischen, warten und in regelmäßigen Abständen Proben nehmen und am Mikroskop betrachten [2].
Das Tolle an der Geschichte: Der Versuch hat tatsächlich geklappt! Wir konnten Eizellen von Seeigeln künstlich befruchten, und konnten auch die Larvenentwicklung durch viele Stadien für mehrere Tage verfolgen. Etwas umständlich war es sogar möglich, durch das Okular des Mikroskops hindurch Bilder mit einer Digitalkamera zu machen. Davon will ich euch natürlich ein paar hier präsentieren [3]:

befruchtete Eizelle

Zweizellstadium, es schwimmen auch noch jede Menge Spermien rum

Vierzellstadium

Sechzehnzellstadium

Blastulastadium

Pluteuslarve

Warum habe ich eigentlich davon erzählt? Weil es ein tolles Video gibt, das genau so ein Projekt zeigt, nur mit eindrucksvolleren Bildern als unseren. Die haben eine besondere Art von Seeigel, den Sanddollar genommen, sonst lief das aber gleich ab, samt Ablaichen nach Spritzen von KCl. Wenn man die filigranen Larven der Seeigel sieht, die da im Wasser schwimmen, kann man fast nicht glauben, dass die erwachsenen Tiere für den Rest ihres Lebens auf dem Meeresboden rumliegen.

A Sea Biscuit's Life from Bruno Vellutini on Vimeo.

[1] Ich kann übrigens jedem Hobbytaucher nur empfehlen, mal dort einen Urlaub zu verbringen!
[2] So ganz einfach ist das auch nicht. Das größte Problem ist ein Verpilzen der Proben, da die Seeigel in Meerwasser ablaichen, und dieses Meerwasser dann natürlich auch nach der Befruchtung mehrere Tage lang unter optimalen Bedingungen für Pilze und Bakterien steht. Das Meerwasser für das Ablaichen musste also steril sein. Woher nehmen? Man(n) presst "einfach" mehrere Liter Meerwasser durch Filter mit feinsten Poren, die nur Wasser und gelöste Bestandteile durchlassen, alles über ein paar hundert Nanometer aber nicht.
[3] Um es nochmal zu betonen, die Bilder stammen nicht nur von mir, sondern auch von Ele. Genau genommen hat er sogar das Protokoll für diesen Versuch geschrieben. Also stattet ihm mal einen Besuch ab und grüßt ihn von mir!

Und als ob ich noch nicht genug Liebe von Google ergaunert hätte, hier noch einmal die Zusammenfassung dieses Posts: Ich zeige Fotos und sogar ein Video über den erzwungenen Sex von Seeigeln, die (und jetzt wirds abartig) durch Injektionen zum Ablaichen gezwungen wurden.

Arroganz als Vortragspersönlichkeit

2008-11-18T08:50:00.002+01:00

Aus aktuellem Anlass folgt hier ein kurzer Aufreger über Unsitten beim Kolloquiumsvortrag.

Wenn Leute sich für einen Kolloquiumsvortrag treffen, dann hören sie meistens über ein Thema in dem sie sich nicht gut auskennen. Für den Vortrag unterbrechen sie ihre eigenen Arbeiten, um über die Fortschritte ihrer Kollegen in verwandten Disziplinen auf dem Laufenden zu bleiben. Mit diesem Hintergrund ist es mir total unverständlich, wie viele eingeladenen Gäste ihre Vorträge gestalten.
Wenn ich auf einen Vortrag eingeladen werde, um meine Ergebnisse zu präsentieren, dann sollte ich doch zumindest den Vortrag so anpassen, dass er wirkt, als wäre die Präsentation für den Anlass erstellt worden. Leider stimmt manchmal noch nicht mal der Ort auf der Titelseite. Das gibt den Zuhörern ein unheimlich tolles Gefühl gleich vom Start weg. In eine ähnliche Richtung geht auch ein zweiter Punkt - nicht jeder Vortrag dauert gleich lang, und wenn ich irgendwohin eingeladen werde und vorab gesagt bekomme, ich hätte etwa 45 Minuten Zeit, dann passe ich den Vortrag entsprechend an, oder? So selbstverständlich scheint das aber nicht zu sein. Über die Unart, dann während des Vortrags ein paar Folien zu überspringen kann ich ja noch hinwegsehen, auch wenn das schon unhöflich ist. Aber gestern abend bin ich einer Steigerung dieses Verhaltens begegnet: Wie bringt man in 45 Minuten ca. 70 bis 80 Folien mit Daten unter? Ganz einfach, man zeigt viele der Folien nur für ein paar Sekunden und erwartet von den Zuhörern, die essentiellen Daten selbst zu erkennen. Was soll das? Will uns der Vortragende damit zeigen, dass er ganz viele tolle Daten hat, dass wir nicht auf den Gedanken kommen er würde nichts arbeiten? Geht er davon aus, nur weil er diese Daten selbst schon zigmal gesehen hat können wir dem Allem mit einem Augenzwinkern folgen?
Letztlich bin ich recht verärgert aus dem Vortrag gegangen. Weil ich nicht wirklich viel von dem Vortrag mitgenommen habe, und das wenige bald vergessen werde. Das wenige was ich herauslesen konnte, sah recht interessant aus. Deshalb war ich umso enttäuschter, dass der Vortragende nicht einfach nur ein Drittel der Daten gezeigt hat, auf diese dafür aber ausführlicher einging. Die Stunde Kolloquium war jedenfalls verlorene Zeit für mich, die ich besser hätte nutzen können, beispielsweise indem ich meinen Schreibtisch aufgeräumt hätte.
Aber wieso machen die Leute so etwas? Wieso halten sie sich nicht an die einfachsten, eigentlich selbstverständlichen Regeln für einen Vortrag? Vielleicht auch wegen dem besonders schlimmen Vortrag von gestern abend bin ich mittlerweile der Meinung: manchmal einfach Arroganz. Warum sonst sollte jemand so offen zeigen, dass ihn weder die Umgebung interessiert, in der er seinen Vortrag hält, noch die kostbare Zeit der vielen Leute, für die er ihn hält?

Und dabei sollte jeder Wissenschaftler in dieser Situation doch eigentlich genau das Gegenteil zum Ziel haben: Ich möchte mit dem Vortrag möglichst viele Kollegen mit der Begeisterung anstecken, die ich selbst für mein Forschungsgebiet habe. Ich möchte, dass sie zumindest ein wenig von dem behalten, was ich erzählt habe. Letztlich möchte ich sogar, dass sie das nächste Mal, wenn sie ein Paper aus meinem Gebiet sehen, sich an den Vortrag erinnern und das Paper aus Interesse lesen, weil sie von mir eine theoretische Grundlage dazu bekommen haben. Leider sieht das wohl aber nicht jeder so.

IBMP recap #1: DNA recombination

2008-11-13T16:42:00.002+01:00

Mit mehr Verspätung als geplant fange ich also endlich mit der Zusammenfassung der Vorträge vom diesjährigen IBMP-Kolloquium "Integrative Plant Biology" an.

In der ersten Session ging es um DNA-Rekombination, also den Prozess, der Sequenzen zwischen zwei DNA-Molekülen austauscht. Einer der Sprecher war mein Chef, Holger Puchta, und über unsere Arbeiten werde ich demnächst sowieso noch schreiben, also spar ich mir das hier.

Der zweite Vortrag war von Barbara Hohn und befasste sich mit dem Einfluss der Umwelt auf die Genomdynamik, also all die vielen Prozesse, die den Zustand der DNA im Zellkern auf eine globale Weise regulieren. Klassischerweise sieht man den Einfluss der Umwelt auf die Evolution während der Selektion der Nachkommen. Nach den Ergebnissen von Barbara Hohn kann die Natur aber schon während dem Leben der Eltern auf vielfältige Weise die Rekombinationsrate beeinflussen, und dadurch eben auch neue Genkombinationen für die Evolution erzeugen.
Zur Messung der Rekombinationsrate wurden in ihrer Gruppe mehrere Reporterlinien erzeugt, die wir bei uns auch verwenden. Während aber wir mit diesen Reporterlinien die Rekombinationsrate zwischen Wildtyp und verschiedenen knockout-Mutanten vergleichen, um Gene finden zu können, die in die Rekombination involviert sind, will Barbara Hohn äußere Einflussfaktoren der Rekombination bestimmen.

Und davon gibt es jede Menge, die auch recht interessant sind: Ozon blockt UV-Strahlen, die in die Atmosphäre eindringen. Die Dosis UV-Strahlung, die ein Organismus abkriegt, hängt demnach von der Menge an Ozon in der Atmosphäre, und von dessen Höhe ab (mehr UV auf dem Berg als im Tal). Erhöhte UV-B Strahlung resultiert jedoch in einer erhöhten Rekombinationsrate.
Auch ein Pathogenbefall führt zu mehr Rekombination. Hier konnte außerdem gezeigt werden, dass es ein Signal geben muss, das die Rekombinationsrate hochreguliert. Wenn man beispielsweise ein Tabakblatt mit dem Tabakmosaikvirus infiziert, dann breitet dieses sich über Stunden bis Tage in der restlichen Pflanze aus, und man kann die Ausbreitung visuell mitverfolgen. Die Rekombinationsrate ist nicht nur im infizierten Gewebe erhöht, sondern immer auch in benachbarten Geweben, die nicht infiziert sind - es muss also ein Signal geben, das durch die Pflanze transportiert wird (schneller als das Virus), und die restlichen Zellen schon mal "vorwarnt".
Logisch erscheint eigentlich, dass ionisierende Strahlung, die Brüche in der DNA hervorruft, zu einer Erhöhung der Rekombinationsrate führt. Es ist jedoch richtig clever, wie dies mit den Reporterlinien von Barbara Hohn genutzt wird: Sie dienen nämlich in den Gebieten um Tschernobyl als Biomarker für die Strahlung aus der kontaminierten Erde. Die Reporterlinien sind nämlich so sensitiv, dass man sehr gut über die unterschiedlichen Rekombinationsraten an verschiedenen Orten auf die Hintergrundstrahlung vor Ort schließen kann.
Bis zum Schluss habe ich mir die meiner Meinung nach interessanteste Beobachtung von Barbara Hohns Forschung aufgehoben. Pflanzen haben eine "Erinnerung" an Stressfaktoren über mehrere Generationen hinweg! Dies wurde eher durch Zufall entdeckt. Bestrahlt man die Reporterlinien mit UV-B Strahlung, führt dies zu einer Erhöhung der Rekombinationsrate, wie ich oben ja schon beschrieben habe. Man findet jedoch auch eine erhöhte Rekombinationsrate in mehreren Generationen von Nachkommen dieser bestrahlten Pflanzen, die selbst nie bestrahlt wurden! Dieser Effekt ist auch mit anderen Induktoren der Rekombination reproduzierbar. Noch besser - auch wenn nur ein Elternteil mit UV-B bestrahlt wird, und nur ein Elternteil das Reporterkonstrukt trägt, haben die Nachkommen in allen möglichen Kombinationen dieser Zustände erhöhte Rekombinationsraten. Es ist bis jetzt noch nicht klar, was zu diesem Effekt führt. Die wahrscheinlichste Erklärung ist ein epigenetischer Effekt. Es handelt sich also nicht um Mutationen oder ähnliche Veränderungen der DNA-Sequenz, sondern Veränderungen der DNA-Struktur, die Bereiche zugänglicher oder weniger zugänglich für Prozesse wie die Rekombination machen. Ein ähnlicher Effekt konnte auch in Mäusen beschrieben werden, er scheint also auch in Tieren eine Rolle zu spielen.

Damit ist die erste Session abgeschlossen, im nächsten Teil geht es um Signalwege mit einer Rolle in Entwicklung und Pathogenabwehr.

Jean Molinier, Gerhard Ries, Cyril Zipfel, Barbara Hohn (2006). Transgeneration memory of stress in plants Nature, 442 (7106), 1046-1049 DOI: 10.1038/nature05022
R C Barber, P Hickenbotham, T Hatch, D Kelly, N Topchiy, G M Almeida, G D D Jones, G E Johnson, J M Parry, K Rothkamm, Y E Dubrova (2006). Radiation-induced transgenerational alterations in genome stability and DNA damage Oncogene, 25 (56), 7336-7342 DOI: 10.1038/sj.onc.1209723

Von Bodensatz und Hochstaplern

2008-11-12T12:00:00.000+01:00

Hier soll es um einen Ausdrucksfehler gehen, der mich in letzter Zeit immer öfter aufregt. Vor allem, weil er auch von einer ganzen Menge Leuten gemacht wird, die es eigentlich besser wissen sollten. Was ich meine? Die allseits verbreitete Unart, in biologischen Texten von "höheren" und "niederen" Organismen/Eukaryoten/Tieren/Pflanzen/etc. zu sprechen (entsprechend im Englischen "higher" und "lower"). Denn auch die ständige Verwendung dieser Begriffe ändert nichts daran, dass es diese zwei Gruppierungen schlicht nicht gibt, und dass sie schlimmer noch ein stark verzerrtes Bild der tatsächliches Verwandtschaft von Organismen zeichnen.

Ein Beispiel, wie ich es auch in Fachartikeln immer wieder lese, geht in etwa so: "Wir haben Gen/Protein X in der Maus untersucht und es hat Funktion Y. Da wir es über Sequenzvergleiche auch im Menschen, aber nicht in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster finden, ist diese beschriebene Funktion den höheren Tieren vorbehalten, niedere Tiere müssen ohne Auskommen."
Hier wird willkürlich eine Grenze in den Tieren gezogen, die üblicherweise bei den Wirbeltieren liegt. Gehört der Organismus zur Gruppe der Wirbeltiere, ist es ein "höheres" Tier, wenn nicht, dann ist es ein "niederes" Tier. In diesem Fall ist die Unterscheidung zumindest noch soweit vertretbar, dass es innerhalb der Tiere wirklich ein Taxon "Wirbeltiere" (Vertebrata) gibt - aber wieso grenzen die Autoren dann die zwei Gruppen nicht mit dem etablierten Fachbegriff ab? Denn ein Problem mit der Verwendung von "höheren" und "niederen" Organismen wird schon in diesem einfachen Beispiel sichtbar: Die "höheren" Tiere stehen in einer angenommenen Rangfolge über den "niederen" Tieren. Dies geht auf eine veraltete und lange widerlegte Sicht der Verhältnisse der Organismen zurück, die beispielsweise auch Linné noch teilte: die scala naturae, die eine hierarchische Rangfolge aller Objekte im Universum postuliert. Demnach stehen ganz unten unbelebte Dinge wie Steine, darauf folgen Pflanzen, die ja schon leben. Wichtiger als Pflanzen sind Tiere, da sie sich auch bewegen können. Der Mensch bildet die Krone der Schöpfung, und ganz oben sitzt Gott. Demnach kann man verstehen, warum die Wirbeltiere höher als Invertebraten stehen sollen - der Mensch ist auch ein Wirbeltier. Das Problem daran: Wir wissen aus verschiedenen Quellen, dass alle heute lebenden Organismen auf einen einzigen gemeinsamen Vorfahren zurückgehen. Das bedeutet aber im Umkehrschluss, dass alle dieser heute lebenden Organismen gleich "alt" sind und die Evolution gleich lange auf ihre Vorfahren gewirkt hat. Was ganz sicher nicht stimmt ist, dass die heute lebenden Organismen verschiedene Stufen auf einer Leiter sind, die zum Menschen hinführt. Auch das Argument der unterschiedlichen Komplexität der Organismen zieht nicht, weil alle Organismen prinzipiell bestangepasst für ihren aktuellen Lebensraum sind. Wenn dieser Lebensraum eine einzellige Lebensweise bevorzugt, dann sagt das verständlicherweise nichts über einen möglichen Stand es darin lebenden Organismus in der Rangfolge des Lebens aus.

Die Sichtweise der scala naturae für eine Unterscheidung in "höhere" und "niedere" Tiere ist also nicht haltbar. Warum es mit der inflationären Verwendung dieser Begriffe aber noch ein anderes Problem gibt, möchte ich auch kurz anreißen. Wenn wir den Blick nämlich ein wenig weiter als nur die Tiere schweifen lassen, wird offensichtlich, dass viele Autoren über die Verwandtschaftsverhältnisse der Organismengruppen hier auf der Erde nicht viel Ahnung haben, oder dass sie ihnen zumindest zum Zweck eines einfachen Arguments egal sind. Hin und wieder kommt es nämlich vor, dass in Fachartikeln auch Organismen außerhalb der Tiere in den Vergleich einbezogen werden. Meistens handelt es sich dabei um den klassischen eukaryotischen Modellorganismus, die einzellige Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Noch seltener werden auch Pflanzen mit untersucht. Wenn das passiert, dann ist der Grimassenfaktor bei der Diskussion von "höheren" und "niederen" Eukaryoten aber besonders hoch:
Sehr oft findet man im Vergleich von mehrzelligen Tieren und mehrzelligen Pflanzen genetische Gemeinsamkeiten, die in vielen einzelligen Eukaryoten, egal ob Tier, Pilz oder Pflanze, nicht zu finden sind. Darum sprechen diese Leute dann von "höheren" Eukaryoten und meinen Organismen wie den Menschen, die Maus, Reis, Mais und Arabidopsis, und von "niederen" Eukaryoten und meinen dann die einzellige Alge Chlamydomonas rheinhardtii, die Bäckerhefe, eine der Amöben mit durchsequenziertem Genom, etc. Hier tritt nun ein großes Problem auf, das in dem Beispiel oben mit der Unterscheidung von zwei großen Tiergruppen (Vertebraten - Invertebraten) noch nicht vorhanden war. Es werden Verwandtschaftsgruppen zwischen Organismen gebildet, die keineswegs so direkt miteinander verwandt sind.
Beispiel Maus und Arabidopsis. Um den gemeinsamen Vorfahren von der Maus und Arabidopsis zu finden, muss ich von beiden Organismen aus immer die nächstverwandten Arten zu Gruppen zusammenfassen, bis ich schließlich eine Organismenmenge habe, die sowohl Maus, als auch Arabidopsis beinhaltet. Dabei lande ich von der Maus aus (in großen Sprüngen) über Nagetiere, Wirbeltiere, Bilateria, Tiere (Metazoa), Tiere/Pilze bei einem ursprünglichen Eukaryoten, der mit sehr großer Wahrscheinlichkeit einzellig war. Von Arabidopsis aus kommt man ebenfalls zu diesem ursprünglichen Organismus. Auf dem dorthin begegne ich aber jeder Menge "niederer" Eukaryoten! Wie gesagt, Wirbeltiere und Samenpflanzen sind nicht direkt miteinander verwandt...

Ich denke, das wird auch aus dieser Abbildung hier sehr deutlich. Die "höheren" Eukaryoten sollen jeweils ein Teil (!) der beiden rot eingekreisten Taxa sein, der Rest darf sich "niederer" Eukaryot schimpfen.

(aus Keeling PJ et al. 2005, Trends in Ecology & Evolution)

Also, um zusammenzufassen: Die Unterscheidung von "höheren" und "niederen" Organismen macht aus vielen Gründen keinen Sinn, sie ist sogar irreführend. Ich kann verstehen, dass ein Autor gerne seine Ergebnisse übersichtlich vergleichen möchte. Aber wieso werden dann nicht Bezeichnungen verwendet, die nicht so problematisch sind? Dazu muss man sich fragen: Was unterscheidet Samenpflanzen und Wirbeltiere von den meisten anderen Eukaryoten? Sie sind mehrzellige Organismen, während praktisch alle Gruppen in der Abbildung oben ohne roten Kreis Einzeller sind. Dieser Unterschied hat verständlicherweise einen großen Einfluss auf die Lebensweise des Organismus - es wundert also nicht, dass die "höheren" Eukaryoten zu ähnlichen Problemen - der mehrzelligen Lebensweise - ähnliche Lösungen gefunden haben. Um unser Problem zu lösen reicht meiner Meinung nach eben, wenn man jedes "höhere" und "niedere" durch einzellige und mehrzellige ersetzen würde.

Und es ist mittlerweile dringend nötig, nicht mehr von "höheren" und "niederen" Organismen zu sprechen. Wenn Studenten Vorträge halten oder Texte verfassen, verwenden sie diese Begriffe natürlich gern, weil sie so griffig sind. Als Betreuer darf man dann immer darauf hinweisen, dass diese Begriffe nicht korrekt sind. Was in großen, ungläubigen Augen seitens der Studenten resultiert, schließlich stand das ja so in zig Papern, die sie gelesen haben...Letzten Endes erziehen wir uns durch die falsche Verwendung dieser beiden Worte also eine Generation von Wissenschaftlern, die sie schon aus dem Studium kennen und darum noch unkritischer verwenden werden. Dem tatsächlichen Verständnis beispielsweise von Proteinfunktionen zwischen verschiedenen Organismen tut das aber sicher keinen Gefallen!

Wenn die da oben sagen es macht nix, dann muss es ja schlecht sein

2008-11-08T17:12:00.003+01:00

Weils so schön ist gleich noch was Witziges zum Ansehen. Gefunden bei boingboing gadgets. Ich kann mir richtig den reverse psychology Effekt von diesen Schildern vorstellen ;-)

Vor der Angst vor "Handystrahlen" kam also die Angst vor diesem neumodischen Kram namens Elektrizität. Können die nicht wie die Generationen vor ihnen einfach ne Kerze anmachen? Romantischer ists eh! Diese negative Einstellung dem Fortschritt gegenüber ist also wohl älter als man denkt. Ich stelle mir jetzt gerade vor, der fortschrittliche gegen den fortschrittsfeindlichen Ritter: "Mein Vater hat auch mit ner Lederrüstung in den Krieg ziehen können, wieso sollte ich jetzt anfangen mit diesem komischen Kettenhemd?"

Irgendwie ist dieser Post jetzt viel negativer rausgekommen als beabsichtigt. Liegt möglicherweise auch an den Schmierereien, die neuerdings um die Uni rum zunehmen. Naja, einfach ignorieren und lachen!

Laborjournal-E

2008-11-08T17:03:00.004+01:00

Die Titelseite des aktuellen Laborjournal kam mir irgendwoher bekannt vor...hmmm...Zufall oder Absicht? Was meint ihr? Einen Zusammenhang mit dem Titelthema kann ich jedenfalls nicht erkennen. Trotzdem genial!

Cute und Ugly

2008-11-03T21:27:00.002+01:00

Die meisten werden Cute Overload wohl kennen. Und um die tägliche Dosis Toyger, E.T.-Katze an Halloween, Hundewelpen oder Tiere im Ausschnitt (ja, dazu gibt es ne ganze Kategorie) zu bekommen, gibt es wohl keine bessere Seite. Interessante Informationen über die gezeigten Tiere sind neben den Würgereflex trainierenden übersüßen Kommentaren aber meistens nicht zu finden.

In die Bresche springt das noch recht neue Blog ZooBorns. Hier liegt der Schwerpunkt wie der Name schon verrät auf süßen, neugeborenen Tieren aus den Zoos dieser Welt. Anders als bei Cute Overload erhält man über die gezeigten Arten aber auch immer was spannendes zu lesen. Bestes Beispiel ist ein Artikel über einen neugeborenen Stummelaffen im Denver Zoo. So wird beispielsweise klar, woher die Stummelaffen eigentlich ihren Namen haben - ihr Daumen ist im Vergleich mit anderen Affen verkürzt.
Im Gegensatz zu den erwachsenen Tieren haben junge Stummelaffen ein weißes Fell, das später nur um das Gesicht, an einem seitlichen Streifen und am Schwanz hell bleibt.

Aber auch von der Pflanzenseite gibt es tolle Bilder, Botany Photo of the Day sei Dank! Diese vom Centre for Plant Research des UBC Botanical Garden in Vancouver, Kanada betriebene Seite liefert genau das, nämlich jeden Tag ein neues botanisches Bild.
Als Vorbereitung zu Halloween gab es vor ein paar Tagen diese Orchidee zu bewundern, Dracula simia. Den Text dazu möchte ich euch nicht vorenthalten:

"I want to suck your blood!" Although Ecuador and Transylvania are on separate continents, this gorgeously creepy orchid was named Dracula simia by the botanist Luer in 1978. Although this small orchid is not at all parasitic, one can see its resemblance to the "popped collar" cape of the popular representation of Dracula. Also, the spurs on the ends of the three petals somewhat resemble the fictional Dracula's fangs. The name Dracula literally translates to "little dragon", whereas the specific epithet simia translates to "monkey". The genus Dracula contains 120+ known species. Dracula simia is from the cloud forests of southeast Ecuador, where it grows at elevations between 1000-2000 meters (3250-6500 feet). In general, species of Dracula enjoy cooler temperatures -- do not let their environments exceed 27 degrees C (80 degrees F). They also enjoy a humid environment (80-90%) with a slight breeze.

Bis zum Schluss dieses Posts habe ich mein liebstes Blog mit biologischen Bildern aufgehoben, Ugly Overload. Ursprünglich als Gegengewicht zu Cute Overload gestartet, hat diese Seite einen viel höheren Stellenwert in meinem Feedreader eingenommen. Viele Posts zeichnen sich durch den Humor des Betreibers aus, wie etwa hier über Schnecken und Insekten:

I've looked into the eyes of an elephant and sworn I saw an intelligent mind looking back at me. I've looked into the eyes of a puma that was being walked past me within a couple of feet and sworn I saw unmitigated malevolence. But I've had zero reaction when looking a slug in the eyes.

I believe you are now looking a black slug (Arion ater) in the face. Also known as the black menace, this slug is an unwelcome addition to any lawn or garden. Their nasty-tasting slime is a deterrent to most would-be hunters, but some animals still hunt them (can you really hunt a slug? at least, with any pride in calling it hunting?). Just keep some hedgehogs or badgers in your garden, and voila, no slugs. But then you're stuck with pesky hedgehogs and badgers.

Last we have a gray bug from Pennsylvania. I think it's some variant of a squash bug. But there are roughly 1,800 species in the Coreidae family, so I can't get more specific. Suffice it to say that this bug probably just dined on *gasp* a squash or other food plant of some sort. Again, no emotional reaction from looking it in the eye. Maybe that's just my 'higher order animal' bias. I'm such a bigot.

Jede Menge andere Posts sind aber sehr informativ, ohne diesen Witz aufzugeben. Ein sehr gutes Beispiel ist der Beitrag über die Vampirmotte von heute, den ich komplett zitieren möchte weil er so gut ist:

What better way to bring in November (and mark the day after Halloween) than with the vampire moth? I know, at first mention the vampire moth may not instill any dread in you. But, please, read on.

The vampire moth was recently discovered in Russia, in two separate populations. This moth has forsaken the traditional fruit in favor of the forbidden fruit: human blood. What's amazing about this moth is it is virtually indistinguishable from its fruit-eating cousins of the same species (Calyptra thalictri).

See that moth perched on that finger? See its tongue, how it has a nice red tint to it? That's because this researcher offered up his finger, and the moth obliged him by drilling into his finger with its hook-and-barb-lined tongue and tapping it for blood.

The vampire is virtually indistinguishable from the fruit-eating variety. Only minor variations in the wing pattern would give you any warning that the moth fluttering about the lamp post is sniffing you out for blood.

Some researchers see this adaptation as a means of getting greater insight into how insects move from eating nectar to eating blood. Here's one possible progression: lapping at nectar to behaviors that result in drilling into fruit to eating tears and dung and pus-filled wounds to using that same drilling technique to dine on blood.

Not the most wholesome progression, but progress none the less. I can imagine grandpa moth saying, "Ah, back in my day we didn't eat puss and blood like the rascals these days. We ate fruit! That's the way it was, and that's the way we liked it!"

On the positive side, though you may not be able to distinguish the vampire from its benign form, you can protect yourself. They can't enter your home without your permission, they're allergic to sunlight and garlic, and they can't cross running water. It's unknown if they have any other forms (gaseous, wolf, bat, etc.), though the moth below does have a bat-like quality to it.

Oh, und für die ganz hartgesottenen gibt es natürlich noch Catalogue of Organisms. Der Untertitel "An inordinate fondness for systematics" fasst es eigentlich sehr gut zusammen. Das soll nicht heißen, dass CoO schlecht wäre, dort geht es nur im Vergleich mit den anderen hier vorgestellten Blogs sehr detailreich zu. Ich ziehe den Hut vor dem Autor Christopher Taylor, der als Doktorand mit einer Spezialisierung auf die Systematik von Weberknechten solch umfassende Posts über praktisch jede Tier- und Pflanzengruppe schreiben kann, egal ob heute lebend oder ausgestorben. Bestes Beispiel: seine aktuelle Reihe über prähistorische Kopffüßer.

Viel Spaß beim Lesen und Bilder betrachten!

Wissenschaftliche Berater des zukünftigen US-Präsidenten

2008-11-01T17:27:00.004+01:00

Beim IBMP-Meeting in Strasbourg kam ein interessanter Punkt auf, der mit dieser bereits recht berühmten Nature Ausgabe zu tun hat:
[via Not Exactly Rocket Science]

In dem NewsFeature Artikel "US election: The home stretch" von Alexandra Witze in dieser Ausgabe von Nature (der wahrscheinlich wie fast alles von Nature nicht frei zugänglich ist) geht es unter anderem auch um die wissenschaftlichen Berater der beiden Präsidentschaftskandidaten. Und ohne Namen zu nennen kriegt man von dieser Liste einen recht guten Eindruck, wie Obama und McCain zu Wissenschaft stehen beziehungsweise was sie sich unter Wissenschaft vorstellen.

Kurz zusammengefasst sieht das Ganze nämlich so aus:

Wissenschaftsberater von Obama

ein Nobelpreisträger, Leiter des Memorial Sloan-Kettering Cancer Center in New York und früherer Leiter der National Institutes of Health
ein Astrophysiker
der Präsident der Federation of American Scientists (früherer Assistant Director of Technology von Präsident Bill Clinton)
ein Professor für Medizin und Humangenetik
eine Biologin von Stanford
locker angebunden sind 3 weitere Nobelpreisträger vom MIT, dem Johns Hopkins Malaria Research Institute und dem Stanford Linear Accelerator Center

Wissenschaftsberater von McCain

ein Mitglied des Senatskommitees für "Commerce, Science and Transportation"
ein früherer CEO von HP
ein früherer CEO von eBay
der CIA-Direktor unter Clinton
Reagans Berater für nationale Sicherheit
der Verteidigungsminister und Nixon und Ford und Energieminister unter Carter
der Berater von Karl Rove und Dick Cheney

Fällt jemandem was auf? In ein paar Tagen werden wir wissen, ob der Wind der Wissenschaftlern entgegenweht eher angenehm oder eisig sein wird.

Meta: es bleibt hier eher ruhig

2008-10-29T06:48:00.002+01:00

Eigentlich will ich ja noch über das IBMP-Meeting berichten. Außerdem sollte endlich mal wieder ein Beitrag für die DNA-Struktur Serie geschrieben werden. Ein paar Paper sind mir auch wieder untergekommen, über die ich was erzählen möchte. Nur leider momentan nicht - die Arbeit geht vor, und davon hab ich gerade mehr als genug.
Arbeit zu unsäglichen Zeiten hat aber zumindest bei mir den Nebeneffekt, dass ich mir Heimspiele des KSC nicht im Radio anhören muss, ich kann einfach das Fenster im Labor aufmachen. So wie gestern abend beispielsweise...

Für die Zahlensüchtigen: BioNumbers

2008-10-24T08:20:00.002+01:00

Ich weiß nicht ganz warum, aber das Stöbern in großen Ansammlungen von aus dem Zusammenhang gerissenen Zahlen übt einen gewissen Reiz auf mich aus. Es sollte darum auch niemanden wundern, dass ich sowohl Rainer Flindts "Biologie in Zahlen. Eine Datensammlung in Tabellen mit über 10.000 Einzelwerten" (amzn), als auch Stewart Scherers "A short guide to the human genome" (amzn) immer wieder gerne zur Hand nehme und darin stöbere.

Jetzt bin ich dank dem Evolutionsbiologen Prof. Axel Meyer von der Uni Konstanz auf die nächste logische Stufe der Zahlensammelei aufmerksam geworden: BioNumbers, the database of useful biological numbers. Dort kann man dann beispielsweise innerhalb von wenigen Minuten lernen, dass 25-60% (!) der Gesamtmenge von löslichem Protein in C3-Pflanzen das für die Photosynthese wichtige Protein Rubisco stellt. Die Fläche der menschlichen Haut beträgt 1,6-1,8 m². Die Ribosomen von E. coli hängen während der Translation pro Sekunde 12-21 Aminosäuren an die wachsende Proteinkette und haben ein Volumen von 4200 nm³ (1396 nm³ ohne das Volumen des Lösungsmittels).
Die Zahlen werden in BioNumbers natürlich nicht einfach so hingeklatscht, sondern mit jeder Menge von Metadaten untermauert. So muss für jeden Eintrag ein Verweis zu einer Veröffentlichung vorhanden sein, in der der Wert genannt wurde. Oft werden ausführliche Kommentare zugefügt, die Aufschluss über Besonderheiten bei der Messung des Wertes oder über Einschränkungen seiner Anwendbarkeit geben.

Ich bezweifle, dass man als Wissenschaftler sehr großen Nutzen aus diesen Zahlen gewinnen kann. Vielleicht könnten sie helfen, bestimmte Themen in einer Vorlesung zu untermauern. Aber andererseits will man die Studenten heutzutage nicht mehr stur Daten auswendig lernen lassen, sie sollen doch verstehen. Es wäre also eher die unnütze, aber witzige Info am Rande. Trotzdem habe ich mich ertappt, wie ich viel zu lange in den Einträgen stöbere statt zu arbeiten...

[via Brightsblog]

Tim Minchin: If you open your mind too much your brain will fall out

2008-10-19T07:57:00.001+01:00

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[via Bayblab]

Kolloquium "Integrative Plant Biology"

2008-10-15T16:11:00.002+01:00

Donnerstag und Freitag werde ich mich auf dem Kolloquium "Integrative Plant Biology" des Institut de Biologie Moléculaire des Plantes (IBMP) in Straßburg befinden.
Dieses findet im Rahmen des 20jährigen Jubiläums des IBMP statt, und führt einen mittlerweile sehr starken Verbund von Forschungseinrichtungen und Universitäten im Grenzbereich der drei Länder Deutschland, Frankreich und Schweiz zusammen. Da dies kein Meeting zu einem bestimmten Thema ist, freue ich mich auch schon auf die Vielzahl unterschiedlicher Vorträge an beiden Tagen - neben DNA Reparatur und Rekombination, mit der ich vertraut bin, geht es auch um Signalwege und Pathogenabwehr, Entwicklungsgenetik, gene silencing und Epigenetik, und schließlich Biotechnologie. Damit wird also ein sehr breites Spektrum abgedeckt! Ich glaube nicht, dass ich gleich morgen und übermorgen über die Vorträge berichten kann, aber ich will auf jeden Fall in den nächsten Tagen kurz vorstellen, was ich alles gehört habe.

Ich werde außerdem gleich morgen ein Poster präsentieren, das die neuesten Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe zeigt. Sobald die Ergebnisse daraus publiziert sind (wir warten jeden Tag auf die Annahme) werde ich das Poster auch hier reinstellen.

Weise Worte

2008-10-14T16:26:00.004+01:00

"The scientist does not study nature because it is useful; he studies it because he delights in it, and he delights in it because it is beautiful."

- Henri Poincaré

Soviel zu all den Sprüchen, Wissenschaft würde den Sinn des Wunderbaren aus der Welt auslöschen. Und auch wenn ich das Gedicht hier schon mal gepostet habe, es bleibt einfach genial:

Organic life beneath the shoreless waves
Was born and nurs'd in ocean's pearly caves;
First forms minute, unseen by spheric glass,
Move on the mud, or pierce the watery mass;
These, as successive generations bloom,
New powers acquire and larger limbs assume;
Whence countless groups of vegetation spring,
And breathing realms of fin and feet and wing.

- Erasmus Darwin. The Temple of Nature. 1802.

Außerdem hat mich beides an diesen einen Cectic Comic erinnert.

Was uns Forschung an Pflanzen über Parasiten sagt

2008-10-12T22:00:00.000+01:00

Ich bin vor ein paar Tagen über ein Paper gestolpert, eher durch Zufall. Es ist auch schon ein paar Monate alt. Als ich dann aber so da lag und mein Knie rieb (OK, der war flach...), kam mir der Inhalt des Artikels immer interessanter vor. Denn es verbindet tatsächlich auf seinen wenigen Seiten so grundverschiedene Themen wie Pflanzenphysiologie, Parasitologie, Evolution und (Tropen)medizin [1]. Ich denke ich werde den Hintergrund auch mal in der Reihenfolge angehen.

Was hat das mit Pflanzenphysiologie zu tun?
Phytohormone sind sind pflanzliche Botenstoffe, die Wachstum und Entwicklung des Organismus regulieren. Sie wirken also ähnlich wie tierische Hormone, Endokrinologen kriegen bei der Bezeichnung trotzdem ne Gänsehaut vor Ekel. Die klassischen Phytohormone sind, mit sehr unterschiedlichen und teils gegensätzlichen Wirkungen, Auxine, Cytokinine, Gibberelline, Ethylen und die Abscisinsäure [2]. Wichtig für das Paper ist die letztgenannte Abscisinsäure (ABA, vom englischen abscisic acid).
Ihrer Biosynthese nach ist die ABA ein Sesquiterpen (woher dieser komische Name kommt ist noch wichtig, wird gleich erklärt, versprochen!). Eine ihrer wichtigsten Eigenschaften versteckt sich schon in ihrem Namen, sie ist nämlich für die Abszission (also den Abwurf) der Blätter und Früchte verantwortlich. ABA ist ein inhibitorische Phytohormon, das die wachstumsfördernden Signale anderer Phytohormone unterdrückt. So werden neben Laubfall auch Prozesse wie Alterung, Blütenbildung, Samenruhe und viele weitere streng reguliert.

Und jetzt Parasiten?
Der Stamm der Apicomplexa umfasst viele einzellige Eukaryoten, die alle (!) als tierische Parasiten leben. Bekannte Vertreter dieses Stammes sind Plasmodium-Arten, die Malaria hervorrufen, Toxoplasma gondii (Toxoplasmose), Babesia sp. (Babesiose) oder Cryptosporidium sp. (Kryptosporidiose). Üblicherweise haben Apicomplexa einen komplexen Lebenszyklus, der sowohl sexuelle als auch asexuelle Reproduktion in verschiedenen Wirten umfasst. Zudem findet normalerweise zumindest ein Stadium der Entwicklung innerhalb der Zellen des Wirtes statt (etwa in roten Blutkörperchen bei den Malaria-Erregern Plasmodium).
Alleine mit Malaria werden jährlich weltweit etwa 300 - 500 Millionen Menschen neu infiziert, 1,5 - 2,7 Millionen Menschen sterben an der Infektion.

OK, jetzt zur Evolution!
Das hat mit der Endosymbiontentheorie von Lynn Margulis zu tun. Es geht dabei um die Frage, wie aus den Zellkern-losen Bakterien (Prokaryoten) die Organismen mit Zellkern (Eukaryoten, also Pflanzen, Pilze und Tiere) entstanden. Die Endosymbiontentheorie besagt, dass ein Bakterium oder ein früher Eukaryot ein anderes Bakterium (wahrscheinlich ein α-Proteobakterium) in seine Zelle aufnahm. Doch anstatt es wie üblich zu verdauen gingen beide eine Symbiose ein. Aus diesem Endosymbionten wurde schließlich das Organell der Eukaryoten, das oft auch als das "Kraftwerk der Zelle" bezeichnet wird, das Mitochondrion. Bei der Entwicklung der Pflanzen kam es zu einer weiteren Endosymbiose. Ein früher Eukaryot, der bereits Mitochondrien besaß, nahm ein anderes Bakterium in die Zelle auf, ein zur Photosynthese fähiges Cyanobakterium. Daraus entstanden die Plastiden, also Zellorganelle der Pflanzen, die sich beispielsweise zu Chloroplasten entwickeln und den Pflanzen ihre photosynthetischen Eigenschaften geben.

Quelle

Diese Überlegungen sind mittlerweile auf zahlreichen Ebenen gut abgesichert. So besitzen sowohl Mitochondrien, als auch Plastiden in den Zellen eigene kleine Genome. Die Gene passen aber nicht zu eukaryotischen, sondern zu prokaryotischen Genen! Außerdem ist das komplette System um die DNA herum (Replikation, Transkription und Translation) nach bakteriellem Vorbild aufgebaut.

Zurück zu unseren Parasiten
Was ich eben beschrieben habe, nennt man primäre Endosymbiose, also die Aufnahme eines Bakteriums in die Zelle, aus der sich ein symbiotisches Zellorganell entwickelt. Verschiedene Arten sind aber noch einen Schritt weitergegangen, darunter auch die Apicomplexa: Bei einer sekundären Endosymbiose wird ein Eukaryot in die Zelle aufgenommen, der bereits einen primären Endosymbionten enthält! Der Name der Apicomplexa kommt von einem solchen sekundären Endosymbionten, denn sie besitzen an der Spitze (api-) der Zelle ein Organell namens Apicoplast, das auf eine einzellige Alge zurückzuführen ist. Das bedeutet letztlich, dass diese Tiergruppe eine einzellige Pflanze in ihre Zellen aufgenommen hat! Sehr deutlich wird das, wenn man sich das Genom des Apicoplasten ansieht - es enthält pflanzliche photosynthetische Gene [3].
Ebenfalls enthalten im Genom des Apicoplasten ist ein kompletter Syntheseweg, den man nur in Pflanzen findet: Der alternative Weg zur Synthese von Isoprenioden (alternativ auch als Terpenoide bezeichnet), oder DOXP/MEP-Weg [4]. Über diesen Weg werden jede Menge wichtige Stoffe hergestellt, beispielsweise Carotinoide , Steroide, Gibberelline, und eben auch die Abscisinsäure. Da Apicomplexa die einzigen Tiere sind, die diesen eigentlich pflanzenspezifischen Weg besitzen, wurde er schnell als ein gutes Ziel zur Bekämpfung dieser Parasiten erkannt. Malaria wird bespielsweise mit Fosmidomycin bekämpft, das ein zentrales Enzym des DOXP/MEP-Weges hemmt.

Jetzt endlich zum Paper
Nachdem nun also alle nötigen Vorkenntnisse da sind will ich wenigstens kurz was zu dem Paper selbst sagen ;-). Kisaburo Nagamune und Kollegen untersuchten aufgrund dieses Wissens den Parasiten Toxoplasma gondii auf mögliche molekulare Mechanismen in Verbindung mit ABA.
Calcium ist ein wichtiges zelluläres Signal in Tieren und Pflanzen, über das verschiedenste Signalwege reguliert werden. Im Artikel konnte gezeigt werden, dass T. gondii in seinem Apicoplasten ABA produziert, und dass deren Menge die Calcium-Konzentration in der Zelle reguliert. Die außerliche Gabe von ABA führte ebenfalls zu einer konzentrationsabhängigen Zunahme der Calciumkonzentration, und hatte außerdem die üblichen Folgen von Calciumsignalen in dem Parasiten, unter anderem das Verlassen der Wirtszelle (wie gesagt, Apicomplexa leben in einem ihrer Stadien innerhalb der Zellen des Wirtes).
Ein gut bekanntes Herbizid ist Fluridon, das über die Hemmung der ABA-Synthese zum Absterben von Pflanzen führt. Dies haben die Autoren auch auf T. gondii getestet, und konnten ein entsprechendes Verhalten des Parasiten zeigen: Weniger Calcium, darum auch keine der davon abhängigen Signale, und letztendlich auch kein Verlassen der befallenen Zelle durch den Parasiten. Dies hat eine sehr wichtige Folge, da sich der Parasit dadurch nicht mehr im Wirtsorganismus selbst ausbreiten kann, und auch keine Nachkommen etwa über den Kot des Wirts in die nächste Runde des Fortpflanzungsmechanismus schicken kann! Dies zeigte sich gut im Tierversuch: Bereits nach 13 Tagen waren ca. 80% der mit T. gondii infizierten Mäuse gestorben, während fast alle der zusätzlich mit Fluridon behandelten Mäuse überlebten. Da Fluridon wie gesagt ein bereits als Herbizid eingesetzter Stoff ist, sind Daten zur Gefährlichkeit gegenüber Tieren vorhanden. Da der gesamte Stoffwechselweg in Tieren (außer Apicomplexa natürlich) nicht vorhanden ist, ist auch Fluridon nur wenig toxisch in Säugern. Dies zeigt also zu einem sehr vielversprechenden Kandidaten, mit dem sich Infektionen von Toxoplasma, aber sehr wahrscheinlich auch anderen Apicomplexa wie Plasmodium, bekämpfen ließen. Bedenkt man das enorme Ausmaß an jährlichen Neuinfektionen und Todesfällen, die auf die Apicomplexa zurückzuführen sind, stellt diese Entdeckung einen neuen Hoffnungsschimmer dar.

Toxoplasma tötet nicht direkt, aber!
Abschließend will ich noch auf interessante Beobachtungen im Zusammenhang mit Toxoplasma eingehen. Über die Malariaerreger Plasmodium sp. ist bereits viel bekannt. Das ist für T. gondii nicht der Fall, weil infizierte Menschen oft symptomlos sind, oder nur leichte grippeähnliche Symptome zeigen. Eigentlich sind Katzen der Endwirt von Toxoplasma. Nur in ihren Körpern kann er sich sexuell fortpflanzen und somit den komplexen Reproduktionskreislauf schließen. Als Zwischenwirt dienen Nager, Katzen infizieren sich mit Toxoplasma, indem sie infizierte Nager erlegen. Anders als Plasmodium lebt T. gondii aber nicht in roten Blutkörperchen, sondern im Zwischenwirt (und im Fehlwirt Mensch) in Muskeln und Gehirn. Und gerade im Gehirn beeinflusst der Parasit seine Chancen, vom Endwirt Katze aufgenommen zu werden. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass Nager normalerweise eine Angstreaktion zeigen, wenn sie Katzenurin riechen, und flüchten. Diese Reaktion wird von Toxoplasma unterdrückt, so dass die Wahrscheinlichkeit eines infizierten Nagers viel größer wird, von einer Katze gefressen zu werden.
Diese Beobachtung ist die Basis für die Vermutung von Forschern wie Kevin Lafferty in einem Artikel von 2006, dass Toxoplasma auch das Verhalten von infizierten Menschen beeinflussen könnte. Und es sind gar nicht so wenige Menschen mit dem Parasiten infiziert als man vielleicht denkt: In Deutschland besitzen etwa 60% der Bevölkerung Antikörper gegen Toxoplasma, waren also in ihrem Leben schon mindestens einmal damit infiziert. Die akute Infektionsrate ist zwischen den Ländern unterschiedlich. In Großbritannien sind ca. 7% der Bevölkerung akut infiziert, während es in dem wärmeren und feuchteren Klima Brasiliens fast 70% sind! Eine Beeinflussung des Verhaltens durch den Parasiten bei einer so hohen Infektionsrate wäre wirklich enorm.
Womit wir in das Reich der nicht unumstrittenen Beobachtungen kommen. Aufgrund von Korrelationsstudien zwischen Ländern konnte Lafferty zeigen, dass das Vorkommen von Neurotizismus in vielen Ländern mit dem Level an Toxoplasma-Infektionen korreliert. In Ländern mit einer hohen Infektionsrate war auch eher eine männliche Orientierung der Gesellschaft auf Arbeit, und Geld statt Menschen und Beziehungen festzustellen.
Wie gesagt, hierbei handelt es sich nur um Korrelationen, und es steht keinesfalls fest, dass eine Infektion eines Menschen direkt dessen Verhalten beeinflusst. Schließlich könnte es sich hier auch einfach um einen Zufall handeln, bei dem die äußeren Bedingungen wie das Klima, die eine Infektion mit Toxoplasma fördern, auch bestimmtes menschliches Verhalten bevorzugen. Trotzdem ist das ein sehr spannender Gedanke, dass ein einfacher Parasit, der eigentlich gar nicht in den Menschen will, ganze Gesellschaften beeinflussen könnte!

[1] Demnächst vielleicht dann auch Medizin der mittleren Breiten. Die Tigermücke Aedes albopictus, Vektor von Viruserkrankungen wie Chikungunya und dem Gelbfieber, hat es schon über die Alpen geschafft.
[2] Mittlerweile ebenfalls etabliert sind Brassinosteroide und Jasmonate.
[3] Diese Gene sind aber in den Apicomplexa inaktiv. Dort wo die sich aufhalten (im Körper anderer Tiere) kommt eh nicht so viel Licht an.
[4] in lang wäre das 1-Deoxy-D-Xylulose-5-Phosphat/2C-Methyl-D-Erythritol-4-Phosphat-Weg. Darum lieber die Abkürzung...

Kisaburo Nagamune, Leslie M. Hicks, Blima Fux, Fabien Brossier, Eduardo N. Chini, L. David Sibley (2008). Abscisic acid controls calcium-dependent egress and development in Toxoplasma gondii Nature, 451 (7175), 207-210 DOI: 10.1038/nature06478
Kevin D. Lafferty (2006). Can the common brain parasite, Toxoplasma gondii, influence human culture? Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 273 (1602), 2749-2755 DOI: 10.1098/rspb.2006.3641

Die Nobelpreise 2008 für Life Sciences

2008-10-12T13:00:00.000+01:00

Mit dem Preis für Physiologie oder Medizin am Montag und dem für Chemie am Mittwoch sind die möglichen Kategorien für Biologen in der diesjährigen Nobelpreisrunde durch. Die Preisträger für Medizin hatte dieses Jahr niemand auf seiner Liste möglicher Kandidaten. Ausgezeichnet für ihre Leistungen wurden die beiden Franzosen Françoise Barré-Sinoussi und Luc Montagnier für die Entdeckung des HI-Virus und der Deutsche Harald zur Hausen für die Verbindungen von Infektionen mit Papillomaviren und der Entstehung von Gebärmutterhalskrebs.

Bakterien, die die aktuell vorhandenen Farbvarianten von fluoreszenten Proteinen exprimieren.

Am Mittwoch wurde dann die Entwicklung einer mittlerweile zentralen Methode der biologischen Grundlagenforschung mit dem Chemie-Nobelpreis belohnt: fluoreszente Proteine. Bereits in den 1960ern und 70ern isolierte Osamu Shimomura das grünfluoreszierende Protein GFP aus der Qualle Aequorea victoria. Dann geschah lange Zeit nichts, bis Douglas Prasher (der hier leer ausging) Anfang der 1990er mit der Klonierung des GFP-Gens begann, die Martin Chalfie schließlich beendete. Er konnte das Gen in das Bakterium Escherichia coli und den Fadenwurm Caenorhabditis elegans einbringen und zeigte, dass die Zellen dieser Organismen, die GFP produzierten, grün fluoreszierten. Damit war der Grundstein gelegt für einen Siegeszug von GFP in fast jedem Gebiet der Life Sciences. Roger Y. Tsien vergrößerte das Potential um ein Vielfaches - ausgehend vom herkömmlichen GFP erzeugte er eine ganze Reihe von Farbvarianten durch künstliche Evolution im Labor. Die Anwendungsmöglichkeiten für fluoreszente Proteine sind fast unendlich, eine Auswahl der grundlegenden findet sich bei WeiterGen [1], dem Fischblog und Pharyngula und zahlreichen weiteren Blogs.
Ich möchte deshalb hier einige der abgeleiteten Methoden vorstellen, die aber alle auf den Grundeigenschaften von fluoreszenten Proteinen basieren.

FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer)
Um ein fluoreszentes Protein (FP) sichtbar zu machen, muss man es mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlen (das Anregungslicht). Das FP emittiert darauf ein Licht einer größeren (energieärmeren) Wellenlänge. Im Beispiel von GFP sind das 488 bzw. 509 nm. Bei FRET nutzt man nun das Wissen um Anregungs- und Emissionwellenlängen, um die Interaktion von Proteinen zu untersuchen. Will ich wissen, ob Protein A und Protein B miteinander interagieren, dann kann ich je ein FP mit einem der Zielproteine verknüpfen. Nur bei der Interaktion beider Proteine kommen die beiden FPs in eine räumliche Nähe zueinander. Das hat aber auf die Fluoreszenz einen nützlichen Effekt: Rege ich das erste FP mit seinem eigenen Anregungslicht an, dann erhalte ich nicht wie übliche dessen Emissionslicht zurück, sondern das des zweiten FPs, das ich überhaupt nicht angeregt habe! Wie geht das? Aufgrund der großen räumlichen Nähe der beiden FPs kann das erste FP seine Energie nach der Anregung auf das zweite FP übertragen, anstatt selbst Licht zu emittieren. Das heißt also: nur wenn die beiden Proteine A und B miteinander interagieren, kommt es zu FRET zwischen den beiden damit verknüpften FPs. Durch FRET kann man untersuchen, ob, wo und wann Proteine in der lebenden Zelle interagieren. Clever!

BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation)

Quelle: Bhat et al. Plant Methods 2006 2:12, doi:10.1186/1746-4811-2-12

FRET ist eine tolle Methode, um Proteininteraktionen zu untersuchen. Leider benötigt man dafür spezielle Geräte (Mikroskop, Laser, Detektion), man kann ein FRET-Experiment nicht mit einem normalen Fluoreszenzmikroskop durchführen. Das ist mit der etwas neueren Methode BiFC (oft auch split-YFP genannt, weil der Versuch klassischerweise mit dem Yellow Fluorescenz Protein YFP durchgeführt wird) aber gut möglich. Grundlage dieser Methode ist eine tolle Eigenschaft der fluoreszenten Proteine: man kann das Gen für ein FP in zwei Hälften teilen, die beiden Proteinhälften bilden in der Zelle dann ein funktionsfähiges, fluoreszierendes Protein! Praktisch an der Sache ist aber, dass sie das für sich alleine nicht machen, sondern nur wenn die FP-Hälften künstlich in enge räumliche Nähe in der Zelle gebracht werden. Zum Beispiel, indem man je eine Hälfte an eins von zwei Zielproteinen hängt, deren Interaktion man untersuchen möchte. So kommen die FP-Hälften nur zusammen, wenn die Zielproteine interagieren - man sieht die Fluoreszenz also nur dann und dort in der Zelle, wann und wo die Interaktion stattfindet. [2]

FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching)
In der Zelle herrscht jede Menge Dynamik. Proteine werden in bestimmte Organelle transportiert, werden zu bestimmten Zeitpunkten oder äußeren Zuständen aktiv oder inaktiv, etc. Mit Hilfe von FPs hat man die Möglichkeit, die Wanderung von Proteinen in der Zelle zu beobachten. Ursprünglich fluoresziert jeder Bereich in der Zelle, in dem sich das mit dem FP verknüpfte Zielprotein befindet. Wenn ich nun wissen möchte, ob das Zielprotein in einen kleinen Bereich in der Zelle transportiert wird (und wie schnell das geht, wie es reguliert wird, wann es geschieht), kann ich eine normalerweise problematische Eigenschaft von FPs für meinen Vorteil nutzen. Die große Energiemenge, mit der FPs bombardiert werden, führt irgendwann zu ihrem Ausbleichen. Das heißt, dass sie letztlich zerstört werden. In normalen Experimenten stört dies natürlich ungemein, weil man nicht unbegrenzt Beobachtungen machen kann. Für diese eine Anwendung hilft das Ausbleichen aber: Mit sehr starkem Anregungslicht kann der Zielbereich in der Zelle künstlich ausgebleicht werden. Wird das Zielprotein in der Zelle dorthin transportiert, dann sollte die Fluoreszenz aber mit der Zeit wieder zunehmen. Jetzt kann man die Zeit bestimmen, bis die Fluoreszenz wieder den Ausgangswert erreicht hat, und dadurch auf die Transportrate schließen. Viele Proteine werden durch spezielle Transportproteine durch die Zelle befördert. Dies kann man testen, indem man ein FRAP-Experiment durchführt und dabei einzelne Transportproteine ausschaltet. Ist ein solches am Transport des Zielproteins beteiligt, dann sollte die Fluoreszenz nach dem Ausbleichen nicht mehr zurückkehren.

Brainbow
Diese Methode wurde von Jeff W. Lichtman und Joshua R. Sanes von Harvard entwickelt, um einzelne Nervenzellen individuell anzufärben. Im Grunde kombinierten sie die vorhandenen Farben der fluoreszenten Proteine miteinander, um so über 100 verschiedene Farben erzeugen. Dies ist möglich über ein spezielles genetisches System, das zufällig nur wenige FP-Gene in einer Zelle aktiviert. So sollten, bei einer so großen Bandbreite von möglichen Farben, benachbarte Zellen unterschiedlich gefärbt sein. Und genauso ist es auch, wie Bilder wie dieses hier zeigen.

Das ist nur eine kleine Auswahl von Methoden, die alle darauf beruhen, dass die Preisträger des dieshährigen Nobelpreises für Chemie das Potential von fluoreszenten Proteinen für die wissenschaftliche Gemeinschaft entwickelten. Weitere abgeleitete Methoden findet man in dieser Liste auf der Wikipedia.

Eine kurze Geschichte möchte ich noch erwähnen, die nach der Verkündung der Nobelpreisträger für Chemie am Mittwoch zutage kam. Douglas Prasher, der den Preis nicht erhielt, begann wie ich oben geschrieben habe mit der Klonierung von GFP. Nach ersten Erfolgen musste er aber das Projekt einstellen, weil seine Fördermittel eingestellt wurden [3]. Wie ich auf The Daily Transcript erfahren habe, führte NPR (das National Public Radio der USA) ein Interview mit Prasher über seinen Teil an der GFP-Forschung durch. Er versteht, warum er den Preis nicht erhalten hat, und gönnt ihn den Preisträgern, die durch Prashers Vorarbeit erst zu ihren Ergebnissen kamen.

One of the winners, Roger Tsien of the University of California, San Diego, says he was lucky. At just the right time, a researcher named Douglas Prasher at the Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts isolated the gene that Tsien wanted.

"So I found his phone number, called him up, and to my amazement he was willing to give out the gene," Tsien says.

Another of the Nobel laureates, Martin Chalfie of New York's Columbia University, also got the gene from Prasher.

Sehr traurig ist aber, dass Prasher nun überhaupt nicht mehr forscht, sondern Busfahrer ist, um seine Familie zu ernähren.

"I got a hard luck story," he says.
[...]
"At that time, I knew I was going to get out of it; my funding had already run out," Prasher says.

He went to work for a laboratory run by the U.S. Department of Agriculture, then took a job with a NASA contractor in Huntsville. But two-and-a-half years ago, NASA cut his project and Prasher lost his job.

He tried to find a job in science but failed. So he went to work at the car dealership.
[...]
But the job does not pay enough to support his family.

"Our savings is gone; just totally gone," he says.

Prasher is still looking for a research job, but he worries that after two-and-a-half years, his knowledge and skills may be out of date.

That's not what some of his former colleagues say. One called Prasher's current situation a "staggering waste of talent."

[1] Tobias von WeiterGen hatte übrigens vor der Vergabe der Nobelpreise einen kleinen Wettbewerb gestartet, in dem man die Gewinner für Medizin und Chemie tippen konnte. Ich lag zwar bei Medizin total daneben, aber den Chemie-Nobelpreis für GFP habe ich richtig getippt und habe dafür ein WeiterGen-Shirt gewonnen! Dass ich ein Bild von dem Tshirt poste, sobald es bei mir ankommt ist ja klar!
[2] Vor kurzem wurde eine Verbindung von FRET und BiFC beschrieben, um Interaktionen von trimeren Proteinkomplexen zu untersuchen. Durch splitten des Akzeptor-FPs eines klassischen FRET-Experiments in zwei BiFC-Hälften klappt der Resonanzenergietransfer nur, wenn zuerst die beiden FP-Hälften zu einem funktionellen FP zusammengebaut werden, und anschließend das Donor-FP in räumliche Nähe kommt.
[3] Was mal wieder zeigt, wie kurzsichtig die finanziellen Trägereinrichtungen sein können.

Für die Neil Gaiman-Fans hier

2008-10-04T09:32:00.002+01:00

Neil Gaiman ist gerade auf großer Lesetour für sein neues Buch "The Graveyard Book". An jeder Station liest er ein Kapitel des Buches vor. Und jetzt das tolle daran: HarperCollins filmt jedesmal mit und stellt die Videos online. Kostenlos! Wenn dann am 9. Oktober das letzte Kapitel gelesen wurde, steht also das gesamte Buch, gelesen von Neil Gaiman selbst, frei zugänglich online. Super!
[via boingboing]

EndNote verklagt Zotero

2008-10-04T08:56:00.003+01:00

Als ich vor kurzem über das Paperverwaltungstool Mendeley berichtete, habe ich auch die Alternative Zotero erwähnt. Das ist eine Firefox-Erweiterung, die nicht nur eine Literaturdatenbank beinhaltet, sondern auch vieles im Onlinebereich unterstützt, etwa die automatische Übernahme von Literaturdaten aus Webseiten. Was ich an Mendeley noch bemängelt habe, nämlich die fehlende Einbindung in Word und co., hat Zotero schon. Doch das ist Dr. Daniel J. Cohen und seinem Arbeitgeber, der George Mason University, schlecht bekommen. Literaturzitate in Texten müssen nach verschiedenen Stilen aufgebaut sein (welche Reihenfolge für Autoren, Jahr und Titel, was wird fett, was kursiv?...), und leider hat jeder Journal seinen eigenen Stil. Da ist es natürlich toll, wenn man sich einfach die fertigen Stilvorgaben des Journals, für den man einen Artikel schreibt, runterladen und dem Literaturprogramm geben kann. Für EndNote wurde damals ein Dateiformat entwickelt, das genau das macht.
Als Hilfe für die Zotero-Nutzer wurde dann ein Tool gebastelt, das die EndNote-Stildateien (.ens) in Zotero-Stildateien (.csl) umwandeln kann. Und das passt dem EndNote-Hersteller Thomson-Reuters (ja, das Reuters!) überhaupt nicht, denn der hat Zotero Entwickler auf über 10 Millionen Dollar verklagt:

The complaint states, “Dr. Daniel J. Cohen, Associate Professor, Department of History and Art History, and the director of GMU’s Center for History and New Media, developed Zotero, which is a freely distributable, open-source software based research tool that allows users to gather, organize and analyze sources, including citations, and freely share the results with others.” The Center for History and New Media release “a new beta version of Zotero to the general public” on July 8. Reuters adds, “A significant and highly touted feature of the new beta version of Zotero, however, is its ability to convert – in direct violation of the License Agreement – Thomson’s 3,500 plus proprietary .ens style files within the EndNote Software into free, open source, easily distributable Zotero .csl files.”

Ich bin kein Jurist, deshalb habe ich keine Ahnung welche Chancen diese Klage in den USA haben wird. Aber ich kann trotzdem mal ein wenig über Sinn und Unsinn derselben nachdenken.
Zunächst einmal ist nur das Dateiformat .ens von EndNote geschützt, und vielleicht noch ein paar der Stile die vom Hersteller erstellt wurden. Die allermeisten Stildateien wurden aber entweder von Journals erstellt, dass die Autoren sie sich herunterladen können, oder von vielen Nutzern [1]. Dass es EndNote also wohl seinen Kunden über das License Agreement verbietet, selbsterstellte Stildateien außerhalb von EndNote zu benutzen ist eine Frechheit.
Dann kommt mir diese Taktik irgendwie bekannt vor: Ein großer Konzern, der sein Marktsegment beherrscht, verklagt seine eigenen Kunden. Woher kenn ich das wieder? Achja, die Musikindustrie! Und wie gut das läuft, ist ja allgemein bekannt. Wieso verärgert jemand den eigenen Kundenstamm? Ich verstehe es auch nach Jahren nicht, das kann doch nicht gut für das Produkt sein.
Zusammengefasst hört sich das nämlich für mich so an: "Nachdem wir jahrelang unser etwas veraltetes Produkt konkurrenzfrei anbieten konnten, kommt jetzt so ein Kerl an und gibt seine Alternative kostenlos her. Und das noch mit mehr Features! Den klagen wir in Grund und Boden!"

Damit ist für mich die Entscheidung gefallen: Eine solche Firma möchte ich nicht unterstützen. Mit einem der nächsten Updates werde ich endgültig zu Mendeley wechseln. Ich werde auch den Kollegen raten, lieber freie Alternativen zu nutzen, wenn sie überlegen eine neue EndNote-Version zu kaufen. Und euch rate ich das gleiche. Werft einen Blick auf Zotero, Mendeley und Papers (für Macs), die werden eure Daten nicht in proprietären Zellen einsperren!
[via Crooked Timber]

[1] Wir haben beispielsweise eine Stildatei am Institut, die den Vorgaben für eine Diplomarbeit entspricht. Und die ist sicher nicht von EndNote.

Zufälle in der Wissenschaft, noch ein Beispiel

2008-09-27T17:06:00.005+01:00

Ich lese unheimlich gern alte wissenschaftliche Texte. Wenn ich dann noch als Ausrede habe, dass ich dieses eine Paper als Grundlage eines Teils meiner Arbeit sowieso lesen muss, umso besser! So bin ich auf einen Nature-Artikel von 1965 gestoßen, der mal wieder beweist wie einfachste Grundlagenforschung durch einen Zufall zu wichtigen (angewandten) Ergebnissen führen kann.

Die Biopohysiker Barnett Rosenberg, Loretta van Camp und Thomas Krigas von der Michigan State University beschrieben in einem kurzen Artikel [1] von einem merkwürdigen Versuchsaufbau und dem überraschenden Ergebnis, das sie dabei fanden. Ich will den Versuch mal kurz zusammenfassen: Um die Effekte von einem elektrischen Feld auf das Wachstum von Bakterien zu untersuchen, tauchten die Forscher Platinelektroden in eine Kulturkammer mit einer Flüssigkultur des Modellbakteriums Escherichia coli. Gleichzeitig wurde Luft eingeblubbert. Die Forscher legten sich auf bestimmte Bedingungen fest, weil sie für sich alleine das Bakterienwachstum nicht beeinflussen sollten - glaubten sie jedenfalls! Sie schreiben nämlich

Platinum was chosen for the electrode material because of its well-known chemical inertness, and 1,000 c/s was chosen to eliminate electrolysis effects and electrode polarization. As we will show, both are mistaken ideas which led, via serendipity, to the effecs described in this communication.

Nochmal auf Deutsch - genau die Versuchsbedingungen, die eigentlich keinen Effekt ergeben sollten, führten zufällig zu sehr interessanten Effekten! Nach so einer Behandlung hörten die Bakterien nämlich auf sich zu teilen und wuchsen zu langen Filamenten aus. Das ist ein Phänotyp, der schon damals bekannt war. Es deutet darauf hin, dass nur die Zellteilung beeinträchtigt ist, das Zellwachstum aber nicht. Wenn jetzt die Zellen immer länger werden, sich aber nach bestimmten Zeiten nicht mehr teilen werden sie irgendwann zu Fäden. Dieses Verhalten ist auch kein direkter Effekt der Elektrolyse, weil die Zellen erst 1-2 Stunden danach anfingen Filamente zu bilden.
Jetzt gings daran, den Grund zu finden, und alle anderen Möglichkeiten auszuschließen. Dabei waren die Autoren sehr gründlich, und ich will mal ein paar dieser Versuche aufzählen. Das ist nämlich der oft nicht so beliebte, dafür aber sehr wichtige Teil der Wissenschaft, nachdem man eine interessante Beobachtung gemacht hat - die Kontrollen.

Der Sauerstoff aus der eingeleiteten Luft ist notwendig. Wurde nur Stickstoff eingeblasen fiel der Effekt aus.

UV-Licht, Temperatur, pH-Wert und Magnesiumkonzentration konnten ebenfalls ausgeschlossen werden.

Möglicherweise lag es also nicht an der Elektrolyse selbst, sondern an Chemikalien, die durch die Elektrolyse im Kulturmedium gebildet werden. Dafür wurden einfach die Bakterien von der Elektrolyse getrennt! In einer Kammer wurde eine Elektrolyse des Kulturmediums durchgeführt. Anschließend wurde dieses Medium in eine zweite Kammer mit den Bakterien geleitet. Siehe da, filamentöses Wachstum.

Mit einem klassischen chemischen Test (Kaliumiodid-Stärke-Test) konnten die Autoren zeigen, dass sich im elektrolysierten Medium ein Oxidationsmittel bildet, dessen Konzentration proportional zur angelegten Spannung ist.

Ausgehend von der bekannten Zusammensetzung des Kulturmediums waren eine Reihe von Oxidationsmitteln denkbar. Davon sind viele durch Standardtests nachweisbar. Keine davon waren im elektrolysierten Medium zu finden. Andere Oxidationsmittel wurden einfach zu Bakterien in normalem Kulturmedium gegeben. Ebenfalls kein Effekt. So langsam wirds knifflig.

Aber die Autoren hatten wieder eine tolle Idee: Sie elektrolysierten jede Komponente des Kulturmediums für sich, und suchten im Produkt nach Oxidationsmitteln. Die einzigen Lösungen, die sich in dem Test genauso wie elektrolysiertes Medium verhielten waren die mit Chloriden.

Da Chloride unter bestimmten Bedinungen Platin angreifen können, gab es nun eine Arbeitshypothese: Ein lösliches Platinsalz wird durch die Chloride im Kulturmedium an den Platinelektroden während der Elektrolyse gebildet. Um das zu testen wurde eine Lösung von (NH4)2PtCl6 dem Test auf Oxidationsmittel unterzogen, sie zeigte das gleiche Verhalten wie das elektrolysierte Medium. Gaben sie die Lösung zu Bakterien in Flüssigmedium, dann zeigten die wieder das filamentöse Wachstum.

Zwar konnten die Autoren letzten Endes nicht herausfinden, welche Platinverbindung(en) während der Elektrolyse des Kulturmediums tatsächlich gebildet wird, aber mehrere von ihnen untersuchten Platinverbindungen (und auch weitere Elemente der Gruppe VIIIb) resultierten entweder in filamentösem Wachstum oder sogar dem Tod der Bakterien.

Wieso ist das jetzt so toll für uns heute, insbesondere für mehr als die Grundlagenforschung? Bakterien haben Probleme mit Platinverbindungen, na und? Ganz einfach, dieses Paper mit der ersten Beschreibung dieses Effekts bildet die Grundlage für eine ganze Familie von Stoffen, die in der Krebsmedizin als Chemotherapeutika eingesetzt werden! Die bekannteste Verbindung ist das Cisplatin (cis-Diaminedichloroplatinum), das genau wie die verwandten Stoffe Quervernetzungen in der DNA und dadurch Doppelstrangbrüche erzeugt, und dadurch Zellen abtötet. Über den genauen molekularen Mechanismus der Reparatur von diesen Quervernetzungen erschien übrigens letzte Woche ein Paper, über das caesar auf dem cBlog berichtet hat.

[1]Damals waren die Nature-Paper wohl noch viel kürzer als heute, der Text ist nur 1 1/2 Seiten lang!

BARNETT ROSENBERG, LORETTA VAN CAMP, THOMAS KRIGAS (1965). Inhibition of Cell Division in Escherichia coli by Electrolysis Products from a Platinum Electrode Nature, 205 (4972), 698-699 DOI: 10.1038/205698a0

Wer forscht an Unkraut?

2008-09-23T18:50:00.001+01:00

Ja, das ist tatsächlich eine Frage, die ich mir leider recht oft anhören muss. Z.B. von Techniker, die uns im Gewächshaus besuchen. Wenn die uns dann sehen, wie wir unsere Pflanzen - wir arbeiten mit Arabidopsis thaliana, der Ackerschmalwand - vorsichtig von Mücken und Blattläusen befreien, wie wir sie einzeln in Plastikröhren einpacken, um Fremdbestäubungen zu vermeiden, oder wie wir uns freuen wenn ein Versuch geklappt hat bzw. fluchen wenn die letzte Kreuzung wieder nix war, dann kommt üblicherweise diese Frage, in der einen oder anderen Form: "Das ist doch ein Unkraut, oder? Was machen sie denn damit?"
Und sie haben in gewisser Weise recht, denn für den Landwirt und Gärtner ist die Ackerschmalwand ein Unkraut. Doch das ist nur eine Sichtweise! Denn was für den Gärtner ein Nachteil, ist für uns Wissenschaftler ein enormer Vorteil. Wie kam es also, dass ein Unkraut ohne wirtschaftlichen Nutzen zum wichtigsten botanischen Modellorganismus wurde? Dafür gibt es bei Arabidopsis jede Menge Gründe.

Größe: Jede Pflanze nimmt Platz weg, und je mehr Individuen man pro Quadratmeter unterbringt, desto mehr Versuche kann man machen. Und die Ackerschmalwand ist nun mal eher klein, sie wächst vor allem nicht sehr in die Breite.

Schnelles Wachstum: Wie Gregor Mendel schon vor ca. 150 Jahren gezeigt hat, gibt es Regeln in der Vererbung von Merkmalen. Will ich nun so ein Merkmal untersuchen, dann braucht das seine Zeit. Vom Kreuzen von zwei Linien bis zu homozygoten ("reinerbigen" nach Mendels Sprache) Nachkommen vergehen mindestens zwei Generationen. Dann ist das schon eher doof für nen Doktoranden, wenn er ein oder sogar mehrere Jahre pro Generation warten muss! Dann doch lieber die Arabidopsis mit einer Generationszeit (Keimung bis fertige Samen) von 6 bis 8 Wochen.

Viele Nachkommen: Ich arbeite routinemäßig mit hunderten von einzelnen Pflänzchen, die bei mir dann aber nicht älter als ein paar Wochen werden, und in der Zeit dann beispielsweise mit Mutagenen malträtiert werden. Da kann ich dann schon froh sein, dass eine einzelne Arabidopsis-Pflanze bis zu 1000 Samen produziert! Noch ein Vorteil der Samen ist, dass sie über Jahre hinweg aufbewahrt werden können. Wenn man also Linien hat, die man nur selten braucht ist das auch kein Problem, die kann man bequem in der Schublade vom Schreibtisch lagern.

Unempfindlich gegen äußere Bedingungen: Die Ackerschmalwand braucht ein wenig Licht und Wasser, ist aber nicht sehr wählerisch bei den Mengen. Und auch andere Einflüsse wie Temperatur oder Krankheiten stören sie nicht so sehr wie viele andere Pflanzen. Das vereinfacht natürlich die Handhabung.

Selbstbestäubung: Um die Ackerschmalwand zu vermehren muss ich nicht jedes Mal zwei Individuen miteinander kreuzen. Ich kann einfach einen Samen in die Erde tun und 8 Wochen warten, schon hab ich jede Menge Nachkommen! Denn Arabidopsis ist eine selbstbestäubende Art, das passiert hier schon noch bevor sich die Blüten überhaupt öffnen. Das ist natürlich sehr praktisch wenn man im Gewächshaus verschiedene Mutantenlinien nebeneinander stehen hat. Eine gegenseitige Bestäubung ist da eher unwahrscheinlich. Um den Fall trotzdem zu vermeiden werden die Pflanzen sicherheitshalber noch in Plastikröhren eingepackt.

Das waren jetzt alles Vorteile für den Forscher, die auf die Lebensweise der Ackerschmalwand als "Unkraut" zurückzuführen sind. Doch es gibt noch weitere Gründe!

Kleines Genom: Mit nur ca. 125 Millionen Basenpaaren ist das Genom von Arabidopsis relativ klein. Das menschliche kommt beispielsweise auf ca. 3 Milliarden Basenpaare. Im Pflanzenreich gibt es aber auch jede Menge Genomriesen, auch unter den Nutzpflanzen: Mais liegt mit 2,4 Gigabasen nahe beim Menschen, Weizen hat dagegen mit 16 Gigabasen mehr als die fünffache Genomgröße des Menschen! Und allgemein gilt: Unabhängig von der Genomgröße haben diese Organismen alle ungefähr die gleiche Anzahl von Genen (das sog. c-value paradox). Bei Arabidopsis muss man also nicht so sehr nach ihnen suchen.

Geringe Chromosomenzahl: Geht in eine ähnliche Richtung wie das kleine Genom. Die Anzahl der Chromosomen kann zwischen den Arten beträchtlich schwanken, und gibt keine Aussage über die Komplexität des Organismus oder die Anzahl der Gene. Weniger Chromosomen erleichtern aber die Arbeit, was bei Arabidopsis mit nur 5 Chromosomen der Fall ist. Ein leicht verständliches Beispiel wäre die mikroskopische Analyse der Chromosomen. Da kann man an wenigen großen Chromosomen einfach mehr erkennen als an vielen kleinen, die dann wohl noch übereinander liegen.

Vollständig sequenziertes Genom: Seit 2000 ist das Genom von Arabidopsis sequenziert, und die Daten liegen frei zugänglich im Internet (z.B. bei TAIR). Das hilft natürlich ungemein, wenn man z.B. einzelne Gene ausschalten will, um deren Funktion zu untersuchen. Aber es muss nicht immer um Gene gehen. Viele Forscher interessieren beispielsweise "egoistische" DNA-Elemente wie Transposons und ihre Evolution.

Genetische Manipulationen: Es gibt jede Menge Techniken, um z.B. Mutanten von Arabidopsis zu erzeugen, oder um neue Gene in Arabidopsis einzubringen und zu untersuchen. Das ist keineswegs in allen Arten der Fall, viele wehren sich regelrecht gegen diese Versuche.

Viele Mutanten erhältlich: Für Arabidopsis wurden von mehreren Gruppen Mutanten erzeugt, in denen jeweils ein Gen ausgeschaltet wurde. Die lagern als Samen in Centern und können problemlos übers Internet gesucht und für wenig Geld bestellt werden.

Das waren doch schon viele Gründe, die für die Verwendung von Arabidopsis als Modellorganismus sprechen. Ein möglicher Einwand habe ich trotzdem noch nicht angesprochen: Wieso soll man an einem Unkraut forschen? Auch wenn es an Nutzpflanzen schwerer geht, sind doch die wirtschaftlichen und sozialen Vorteile gewichtiger, oder? Oder um es ein wenig überspitzter zu formulieren: Machen sich diese Forscher nicht ihre Arbeit zu leicht, und ignorieren im Elfenbeinturm die wirklich drängenden Probleme der Menschheit?
Aber auch dagegen gibt es natürlich ein gutes Argument! Aus Erkenntnissen aus der Arabidopsis-Forschung kann man genausogut auf alle Pflanzen verallgemeinern, wie die Forschung an Bakterien, Hefen oder der Fruchtfliege Drosophila melanogaster zu Erfolgen in der Medizin des Menschen geführt hat. Und es gibt noch eine direktere Rolle. Arabidopsis ist in der Familie der Brassicaceae (Kreuzblütler) eng verwandt mit einer ganzen Reihe von Nutzpflanzen, darunter alle Kohlarten und Raps. Hier sind die Ergebnisse noch unmittelbarer anwendbar.

Man sieht, es zahlt sich aus an Arabidopsis zu forschen, auch wenn sie "nur ein Unkraut" ist. Doch auch in der pflanzlichen Seite der Forschung geht es mit großen Schritten weiter. Seit ein paar Jahren haben sich weitere Arten als Modellorganismen etabliert, darunter Reis (der Grundnahrungsmittel für einen großen Teil der Menschheit darstellt), das Blasenmützenmoos Physcomitrella patens für den einfacheren Bau der Moose, oder die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Mittlerweile gibt es von allen diesen Arten zumindest vorläufige Genomsequenzen. Ebenfalls intensiv geforscht wird am Mais (wichtige Nutzpflanze in den USA) und an der Westlichen Balsam-Pappel Populus trichocarpa (als Baum-Vertreter). Und diese größer werdende Zahl von Pflanzen, an denen geforscht wird ermöglicht die Vergleiche zwischen den Arten - was ist allgemein, was ist individuell, was kam wann? Oder kurz gesagt: Es bleibt spannend!

Wer mehr wissen möchte, der sei auf TAIR (The Arabidopsis Information Resource) verwiesen. Dort gibt es nicht nur jede Menge Daten und Tools, die man als Wissenschaftler für die Arbeit mit Arabidopsis so braucht, sondern auch viele Informationen zur Pflanze, ihrem Genom und der Geschichte ihrer Erforschung für Nicht-Wissenschaftler.

Pilz-Videos

2008-09-22T21:28:00.002+01:00

Ein nettes Video mit Zeitrafferaufnahmen von Pilzen und Schleimpilzen hab ich auf boingboing entdeckt:

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Das kann aber nicht mithalten mit diesem Video hier. Zu einem PLoS One Paper von Yafetto et al. über Hochgeschwindigkeits-Videos der Sporenverteilung von Pilzen haben die Studenten der Gruppe ein Best Of zusammengestellt, untermalt mit Musik aus Verdis "Il trovatore". Unbedingt ansehen!

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[via The Loom]

Ich bewege mich irgendwo zwischen zwei und drei...

2008-09-22T21:25:00.002+01:00

Mit besten Empfehlungen - der PhD Comics Feed ist immer ein Abo wert!

Wikipedia-Fundstück

2008-09-20T09:44:00.004+01:00

Beim Recherchieren für den letzten Post über Kopfschmerzen, Salicylate und Pflanzensignale bin ich in Wikipedia über etwas witziges gestolpert. Biber besitzen eine Analdrüse, in denen Sekundärmetabolite von Urin hergestellt werden. Das Sekret heißt tatsächlich Bibergeil, und damit markiert der Biber sein Revier und pflegt sein Fell. Nebenbei wurde es früher auch medizinisch eingesetzt, weil es auch Salicylsäure enthält. Die Frauen dürfte interessieren, dass es als aphrodisierender Wirkstoff auch in Parfüms enthalten sein kann.
Darauf wollte ich aber eigentlich nicht raus. Es geht mir vielmehr um den Hinweis von Wikipedia, mit dem der Eintrag beginnt:

Dieser Artikel beschreibt ein Sekret des Bibers. Für den gleichnamigen Mediziner, siehe Horst Bibergeil.

Sorry an alle Bibergeils, aber das war in der Situation einfach zu gut!

boingboing macht Kopfschmerzen

2008-09-20T08:57:00.003+01:00

Zugegeben, die Pressemeldung war als Quelle schon nicht so toll. Aber was dann bei boingboing daraus gemacht wurde ist so grausam, dass es fast schon wieder lustig wird. Praktischerweise hab ich zu jedem Satz etwas zu sagen, und das auch noch in der richtigen Reihenfolge. Los gehts!

Plants make aspirin-like chemical

Schöner Titel. Vor allem weil die Menschen das eigentlich schon seit Jahrtausenden wissen. Das wirksame Molekül in Aspirin (und verwandten Medikamenten) ist Acetyl-Salicylsäure. Und was befindet sich in der Rinde von Weiden (deren wissenschaftlicher Gattungsname dann auch noch Salix ist!), die seit so langer Zeit in Aufgüssen gegen Schmerzen verwendet wurden? Richtig, Salicylate! Wir haben also von den Pflanzen geklaut, und nicht umgekehrt (wie soll das auch gehen?).

When plants are stressed out, they generate aspirin-like chemicals.

Das ist tatsächlich der richtigste Satz hier. Es geht aber um richtig heftigen Stress hier, nämlich um Fraßschäden an der Pflanze und ähnlich große Wunden.

The aspirin isn't used to reduce headaches, primarily because plants don't have heads.

Duh...Das ist nicht mal nur ein blöder Satz, er ist auch noch falsch! Acetylsalicylsäure hilft nämlich nicht nur gegen Kopfschmerzen, sondern auch gegen andere Arten von Schmerzen im Körper. Es führt nach Einnahme zu einer Absenkung des Prostaglandinspiegels im gesamten Körper schmerzstillend (und teils auch antirheumatisch, fiebersenkend und entzündungshemmend).

Scientists from the National Center for Atmospheric Research detected significant quantities of methyl salicyate, a chemical form of aspirin, above a forest canopy.

Also ist Aspirin keine Chemikalie?!? Wichtig an dem Satz ist folgendes, und das geht leider total unter: Methyl-Salicylat ist das Signalmolekül, das Pflanzen als Wundungssignal einsetzen. Und das ist sogar richtig clever! Wie schon gesagt produzieren Pflanzen diesen Stoff vermehrt nach Pathogenbefall und Verwundung durch Fraßschäden. Das Zeug ist nämlich giftig für Tiere. Pflanzen benutzen es aber auch als Signalmolekül zwischen Individuen. Es kann nämlich zumindest in geringen Mengen durch die Luft transportiert werden, und benachbarte Pflanzen können es wahrnehmen. Ist jetzt also eine Pflanze stark z.B. von Raupen befallen, die ihr alle Blätter abknabbern, dann produziert sie jede Menge Methyl-Salicylat wegen den Wunden. Benachbarte Pflanzen nehmen die erhöhte Konzentration war und fangen schon mal sicherheitshalber an, auch Methyl-Salicylat zu produzieren, dass sie den Schädling abwehren können sobald er sie befällt! Die neue Untersuchung, die zur Pressemeldung führte, ist jetzt eigentlich nur, dass die Forscher Methyl-Salicylat über einem Wald gemessen haben.

The capability of plants to emit the chemical had been known previously but only observed in a laboratory setting.

Das ist einfach falsch! Methyl-Salicylat wurde schon mehrmals im Freien gemessen, nur halt nicht über einem Wald. Die Hoffnung ist, und das wird noch nicht mal in der Pressemeldung so deutlich herausgestellt (!), dass man damit einen frühen Marker gegen Schädlingsbefall hat. Um beispielsweise Borkenkäfer bekämpfen zu können, bevor die Bäume hektarweise umfallen.

Wenigstens haben die Leute in den Kommentaren die ganzen Fehler aufgezeigt. Für so einen Lapsus sollte man aber zumindest ein kurzes Update in den Post stellen, dass man Quatsch erzählt hat.

Was zum Ansehen

2008-09-19T15:57:00.004+01:00

Hmm...könnte das Bild vielleicht bei gewissen Diskussionen mal nützlich werden?

[via Failblog]

Mobiles Bloggen!

2008-09-17T22:58:00.002+01:00

Ich schreibe das hier gerade auf der Couch mit meinem neuen iPod touch. Die Wunder der Technik und das kostenlose Programm ShoZu machens möglich!

The Singing Toxicologist

2008-09-17T21:00:00.001+01:00

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He's been referred to as the "Elvis of E. coli", the "Sinatra of Salmonella," and in this episode of MicrobeWorld Video the "singing toxicologist." Whatever you call him, Carl Winter, Extension Food Toxicologist and Director of the FoodSafe Program at UC Davis, performs parodies of contemporary popular music by modifying lyrics to address food safety issues such as bacterial contamination, irradiation, biotechnology, government regulation, and pesticides. The goal of his songs is to provide science-based food safety information in a fun, accessible way. Thanks to a grant from the USDA, Dr. Winter is now studying how to integrate his music into traditional food safety education programs.

Dr. Winter's music goes beyond simply educating those who work with food and in this video he shares some of his tips to empower the everyday consumer looking to prevent the spread of foodborne illness.

Wissenschaftsfeindlichkeit hat jetzt ne eigene Serie

2008-09-17T09:27:00.004+01:00

In letzter Zeit kann man sich nicht dem Eindruck erwehren, dass sich in den USA, aber auch hier in Europa, die Haltung der Leute gegenüber Wissenschaft von neutral ("Meh...") zu Ablehnung wandelt (siehe z.B. hier, hier und hier). Und wenn ich das richtig sehe, läuft seit kurzer Zeit im amerikanischen Fernsehen die passende Serie dazu: Fringe auf Fox.
Auf den ersten Blick handelt es sich dabei um einen X-Files Klon - ein FBI-Sonderteam untersucht besonders merkwürdige Fälle, wie z.B. ein Passagierflugzeug, in dem nach der Landung keiner mehr an Bord ist (darum gehts in der Pilotfolge). Angeblich soll der Schwerpunkt auf Pseudowissenschaft liegen (oder fringe science, wie die Macher es lieber nennen), aber ich hab da so meine Zweifel. Das geht schon los beim Produzenten von Fringe, J. J. Abrams, bekannt von den Serien Lost und Alias. Was der so alles für Wissenschaft hält ist erstaunlich:

I’ll find myself constantly grabbing science magazines or looking at articles online. But the most important thing when making entertainment is finding something that’s inspiring. Whenever I do, whether it involves technology or not, it’s like fuel for me. It could be a three 3-minute clip on the Internet that someone sent me that makes me consider something that I hadn’t thought about before . . . Everyday there’s something. Yesterday somebody sent me a picture of this crazy pig with a monkey face. So, yeah, there’s always something.

[Quelle]

Er hat also anscheinend Interesse an Wissenschaft, ein deformiertes Schwein ist aber gleich die Sensation, ein Ferkel mit Affenkopf. Ja klar...

Bei mir schrillen auch immer gleich die Alarmglocken, wenn Leute von mad scientists sprechen, oder wenn sie Pseudowissenschaft, Randwissenschaft (?!?) und echte Wissenschaft verwursten.

Though our hero Olivia points out in this scene (above) that she's not dealing with "pseudo-science," but rather "fringe science," I think we're mincing words here. Nobody wanted to name the show Pseudo, so they came up with something edgier. I love this list of "sciences" in an "area called fringe science" that Olivia spouts off as she tells soon-to-be-protagonist Joshua "Dawson's Creek" Jackson all about his mad doctor dad and his experiments. It's pretty much a here's-what's-coming sign for the entire show. So get ready for some invisibility, mutation, astral projection, resurrection, etc. This means hours of amusement for people who understand real science (I couldn't stop laughing when Olivia did a search online for "dissolve + flesh"), as well as a renewed sense of purpose for people who have missed the X-Files' spooky blend of government conspiracy and para-scientific bullshit that basically boiled down to REALLY COOL ALIEN STUFF.

In the pilot episode of Fringe, I can guarantee that you will get to see no fewer than three charmingly improbable pieces of "fringe science," one of which involves somebody taking a giant dose of Ketamine mixed with LSD and lying in a sensory deprivation tank.

[Quelle, Hervorhebungen von mir].

Aber es wird noch toller. Abrams und seine Koproduzenten haben kurz vor dem Start der Serie ein paar Kommentare abgegeben, die das ganze dann für mich entschieden haben. Laut Abrams muss man heutzutage nämlich gleich von Anfang an extrem übertreiben, um eine überzeugende Serie zu liefern.

[When] we did the pilot for Lost, we had the monster appear at the end of the first act. We did that very consciously, because we wanted to say to the audience, "We're jumping the shark now. We're doing crazy shit from the beginning, we're not going to wait. On Fringe, we very consciously did what in many ways is a preposterous, out there, far-fetched story point [first], in order to say to the audience, "This is what you're going to be getting on the show."

[Quelle]

Und das paart sich eben mit einer Wissenschaftsfeindlichkeit, die bedrückend ist. So meint Abrams

Abrams talked a lot about why he thinks the time is right for a show about the horrors of science gone wrong. "Every day, every week, we hear about some potentailly horrifying thing... Science is out of control."

[Quelle, Hervorhebung von mir]

und sein Kollege Jeff Pinker hat eine ähnliche Meinung, nur etwas ausformulierter.

The world has changed in such a way that science doesn't seem to have a goal anymore. When we were kids it was, "Let's get to the moon." And a lot of money and brain power was spent then onto the moon. Now there's a lot more money it seems and a lot more people and private companies have it. They are all sort of following their imagination and doing anything they can. Some of it seems to be morally good and some of it seems to be morally a little but careless. But anything that we can imagine be it good or bad, seems like the real world is already two steps ahead of our imagination. Our stories are being told through our characters but the things that they are doing has kind of made us as writers slightly more wary of our world and astounded by the possibilities exceeding our imagination.

[Quelle, Hervorhebung von mir]

Wissenschaft hat also heute kein Ziel mehr. Hoffentlich sagt das keiner z.B. den vielen Wissenschaftlern, die Jahrzehnte am LHC gearbeitet haben. Und als Beispiel gerade die Mondlandung zu bringen sagt meiner Meinung nach auch viel. Dabei spielte die Wissenschaft nämlich nicht gerade eine so wichtige Rolle. Vom kalten Krieg und dem space race hat der Herr Pinker wohl noch nichts gehört, oder?

Große Überraschung also, die Macher einer Serie über die verrückte Wissenschaft haben so überhaupt keine Ahnung, was Wissenschaft überhaupt ist...
Traurige Anekdote der ganzen Geschichte: J. J. Abrams ist nebenbei auch noch der Regisseur für den neuen Star Trek Film, der nächstes Jahr in die Kinos kommen soll. Ob dem jemand gesagt hat, dass die Enterprise ein Forschungsschiff ist?

Physikerneid

2008-09-11T16:51:00.002+01:00

Scientists from the Evolutionary Acceleration Research Institute (EARI) announced that the first test of the Giant Animal Smasher (GAS) will begin on December 19, 2008, the 41st anniversary of the premiere of Dr. Dolittle.

Dr. Thomas Malwin, head of the research project, said, "The first test runs will only accelerate microscopic life-forms like bacteria and viruses to high speeds, but theoretically the GAS can handle animals as large as squirrels, hence the squirrel smasher moniker."

Biologists from around the globe hope the GAS will unlock the secrets of the so-called "Darwin particle" that could unlock the secrets to life.

[via Pharyngula]

Dazu passt jetzt irgendwie dieser Comic von Nearing Zero:

Empfehlungen für Wien?

2008-09-10T13:11:00.002+01:00

Ich werde Ende November für zwei Wochen nach Wien fahren, um am Gregor-Mendel-Institut neue Methoden zu lernen (freu!). Habt ihr Empfehlungen für mich, was ich mir ansehen sollte, das nicht unbedingt in jedem Reiseführer steht? Was sind die Geheimtips für gutes Essen? Abends weggehen? Museen, mit Vorliebe naturwissenschaftliche? Legt einfach in den Kommentaren los!

Soviel zu den Gerüchten, die Laborarbeit in CSI wäre nicht realistisch...

2008-09-08T15:06:00.004+01:00

[via THE FILTER]

Paperverwaltung mit Mendeley, die zweite

2008-09-06T11:59:00.002+01:00

Auf meinen ersten Post über Mendeley hat in den Kommentaren Victor, einer der Mitgründer von Mendeley, geantwortet. Wer einen kleinen Einblick in die Features der nächsten Versionen von Mendeley haben möchte, sollte mal einen Blick in die Kommentare werfen!

Der Bug mit der Autorenreihenfolge, den ich in dem Post beschrieben hatte, war übrigens schon nach wenigen Tagen in einem Update behoben!

DNA-Barcode, die andere Seite

2008-09-06T11:46:00.002+01:00

Auf dem Barcode of Life Blog wurde eine Antwort zu dem PNAS-Paper von Song et al., über das ich gestern berichtet habe, gepostet.
Der Autor Marc Stoeckle ist ein bekannter Name im DNA-Barcoding, seine Meinung könnte also etwas einseitig sein. Andererseits deutet er auch an, dass Song und Kollegen klassische Taxonomen seien, die könnten also in ihrem Paper auch nicht vollkommen vorurteilsfrei vorgegangen sein.

Marc Stoeckle schreibt jedenfalls, dass das Problem der numts für das DNA-Barcoding bereits lange Zeit bekannt ist, und dass viele der vorgeschlagenen Absicherungen von Song et al. bei Barcodingprojekten eingesetzt werden. Außerdem identifiziert er in der Durchführung der Versuche von Song et al. mehrere Probleme, die den Standpunkt der Autoren gewaltig abschwächen.

Also zurück zum Start, wir sind wieder bei zwei verschiedenen Lagern, die die Methoden des jeweils anderen als nicht adäquat betrachten. Seufz.

Es ist nicht alles rosarot mit DNA-Barcodes

2008-09-04T17:30:00.005+01:00

Weil ich vor kurzem auch schon mal über DNA-Barcoding als Methode zur objektiven Bestimmung der Artenvielfalt [1] will ich kurz auf ein aktuelles Paper in PNAS hinweisen, das den Heiligenschein ein wenig dimmt. Es kann laut dem Team von Hojun Song und Kollegen nämlich vorkommen, dass beim DNA-Barcoding die Anzahl von tatsächlich vorhandenen Arten überschätzt wird!

Die relativ neue Methode, die Artenvielfalt durch Vergleich einer universell zu findenden Sequenz zu bestimmen, wird als DNA Barcoding bezeichnet, eben weil man damit jede Art mit einem molekularen "Strichcode" eindeutig identifizieren kann. Klassischerweise wird dazu ein Bereich des Gens für die Untereinheit 1 der Cytochrom c-Oxidase (COI), das vom Mitochondriengenom [2] codiert wird, untersucht. Dieses Gen ist in allen eukaryoten Organismen vorhanden, besitzt aber zumindest im untersuchten Bereich so große Sequenzunterschiede, dass auch nah verwandte Arten als solche erkannt werden. Das ist zum Beispiel praktisch in Gruppen von Organismen, die sich äußerlich fast nicht unterscheiden und dadurch vielleicht als eine Art betrachtet werden. Es ist in letzter Zeit mehrmals vorgekommen, dass durch DNA-Barcoding untersuchte Gruppen plötzlich um einige Arten reicher waren.

Wenn man Sequenzunterschiede von COI (oder auch einem anderen Gen) als Artenmerkmal benutzt, geht man im Grunde davon aus, dass jeder Organismus nur eine Kopie des Gens besitzt, und dass jede Variante des Gens aus einer anderen Art stammt (Orthologe). Besäße eine Art nun aber zwei oder mehr Kopien des Gens (Paraloge), dann würde man zwischen den Kopien auch Sequenzunterschiede finden, und fälschlicherweise die Existenz von mehr als einer Art postulieren.

Song et al. konnten nun zeigen, dass es beim COI-Gen, das häufig für DNA-Barcoding verwendet wird[3], zwar keine weitere Kopie des Gens in den Mitochondrien gibt. Es ist jedoch wohl, wie viele andere mitochondrielle Gene auch, vom Mitochondrion in das Kerngenom gewandert [4]. Im Fall von COI gibt es zwar keine aktive Kopie im Kern, dafür aber jede Menge inaktive numts (nuclear mitochondrial pseudogenes). Das Problem an der Sache ist nun für das DNA-Barcoding, dass inaktive Pseudogene keinem evolutionären Druck unterliegen und deshalb viele Mutationen anhäufen. Diese Sequenzunterschiede können als neue Arten interpretiert werden.
Genau das wird in dem PNAS-Paper auch für die Beispiele Grashüpfer und Krebse gezeigt. Durch die COI-Sequenzierung konnten in beiden Gruppen mehrere Arten erkannt werden. Entfernten die Autoren die numts aus der Analyse, so fanden sich in beiden Fällen deutlich weniger Arten, in den Krebsen beispielsweise nur noch 7 statt der 25 mit den numts.

Vergleich von identifizierten Krebsarten mit numts (links) und nach ihrer Entfernung aus den Daten (rechts).
Jede Farbe stellt eine bereits beschriebene Art dar, rot steht für numts. Die Zahlen stehen für die Anzahl der Arten, wie sie nach den Richtlinien des DNA-Barcoding gezählt werden sollen. Es ist deutlich zu erkennen, dass zumindest bei den untersuchten Krebsen die numts den Großteil der erkannten "Arten" stellen.
Das Bild ist aus Abbildung 1 von Song et al. (2008).

Es ist nun allzu deutlich, dass die bisherige Praxis des DNA-Barcoding eigentlich nicht beibehalten werden kann, da sie die Tendenz hat zu viele falsch-positive Treffer zu liefern. Es müssten also Absicherungen der Daten her, doch die sind aufwendig und teuer. Man könnte beispielsweise wie die Autoren hier mögliche numts durch Algorithmen von der Analyse ausschließen. Oder man könnte sich eine neue Region suchen, von der keine numts bekannt sind. Song et al. schlagen eine ganze Reihe von Schritten vor, die die Kontamination mit numt-Sequenzen vermeiden sollen. Die DNA-Barcoding Bewegung hat jedoch das Ziel, molekulare Marker für Arten möglichst schnell und kostengünstig zu liefern. Jede weitere Absicherung wird da wohl eher als störend empfunden werden. Da Anhänger des Barconding den numts bereits einen geringen Einfluss bescheinigt haben (ohne Daten, denn das wurde schließlich erst jetzt untersucht!), bleibt wohl abzuwarten, ob die betroffenen Forscher das Problem erkennen und in Zukunft Sicherungen einbauen.

[1] Das gibt sicher böse Kommentare von Biologen die meinen, ich würde ihre Methode der Wahl nicht für objektiv halten...
[2] Mitochondrien und in den Pflanzen die Chloroplasten stammen von Bakterien ab, die vor langer Zeit als Symbionten in die Zellen der Vorläufer heutiger Eukaryoten aufgenommen wurden, und sich seitdem als Kompartimente der Zellen etabliert haben. Sie behalten aber bis heute noch einige wenige Gene bakteriellen Ursprungs zurück, sie besitzen also ein eigenes, wenn auch kleines Genom neben dem im Zellkern.
[3] Im von mir angesprochenen Paper zum DNA-Barcoding von afrikanischen Elefanten wurde nicht COI, sondern das mitochondrielle Gen CYTb untersucht. Diese Daten sind also nicht direkt von den Ergebnissen von Song et al. betroffen, aber es ist durchaus möglich (und wahrscheinlich), dass auch von CYTb numts im Kerngenom vorhanden sind.
[4] Viele ursprünglich mitochondrielle oder plastidäre Gene, die nun im Zellkern sitzen, sind immer noch aktiv und erfüllen in ihren jeweiligen Kompartimenten wichtige Rollen. Das Protein Rubisco, das die Kohlenstofffixierung in den Chloroplasten erledigt, besteht aus zwei Untereinheiten, von denen eine im Chloroplasten, die zweite aber im Kern codiert ist.

H. Song, J. E. Buhay, M. F. Whiting, K. A. Crandall (2008). Many species in one: DNA barcoding overestimates the number of species when nuclear mitochondrial pseudogenes are coamplified Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0803076105

Was zum Ansehen: antike Mikroskope

2008-09-04T17:03:00.002+01:00

Auf BibliOdyssey gabs vor ein paar Wochen (ja, so lange wartet das schon darauf, von mir gepostet zu werden) einen tollen Beitrag über die ersten Mikroskope. Genauer, über Zeichnungen davon. Es ist schon überraschend zu sehen, was damals alles als Mikroskop benutzt wurde.
Nur vom äußeren Erscheinungsbild würde man beispielsweise Antonie van Leeuwenhoeks Mikroskop, mit dem er schon in den 1670ern einzellige Lebewesen beobachtete, nicht unbedingt als solches erkennen [1].

They were incredibly small, nay so small, in my sight,
that I judged that even if 100 of these very wee animals
lay stretched out one against another, they could
not reach to the length of a grain of coarse Sand.

Und auch auf bioephemera gab es kurz darauf einen Post zu antiken Mikroskopen, dort aber mit Fotos aus einer Ausstellung im National Museum of Health and Medicine.

[1] Eine genauere Beschreibung, wie Leeuwenhoek sein Mikroskop hergestellt hat, gibt es hier.

Was zum ansehen: EVOL-ution

2008-09-03T16:25:00.001+01:00

Weiter mit den seichten Posts!
Auf Flickr gibts ein Bild zu sehen, das mir unheimlich gefällt. Aus Copyrightgründen möchte ich es nicht einfach hier reinstellen, also schaut es euch einfach dort an!

[via Greg Laden]

JoVE Videos: Arbeiten mit Krallenfrosch-Eiern

2008-09-02T22:01:00.003+01:00

Passend zum aktuellen Projekt auf cBlog, Eier aus Krallenfröschen zu präparieren, hab ich für euch drei Videos auf JoVE gefunden. Anders als die verschärfte Variante von caesar, die Eier in einem frühen Stadium aus dem Frosch zu operieren, wird in den Videos die Gewinnung von abgelaichten Eiern gezeigt, wie man Eiextrakte herstellen kann, und welche interessanten Dinge man damit machen kann.

Cross MK, Powers M: Obtaining Eggs from Xenopus laevis Females. doi: 10.3791/890.
Cross MK, Powers M: Preparation and Fractionation of Xenopus laevis Egg Extracts. doi: 10.3791/891.
Cross MK, Powers M: In Vitro Nuclear Assembly Using Fractionated Xenopus Egg Extracts. doi: 10.3791/908.

Schluss mit der Pause!

2008-09-01T19:32:00.002+01:00

Sorry für die lange Pause hier, aber ich war/bin zur Zeit recht gut mit Arbeit eingedeckt - keine technische Hilfe, dafür ein Praktikum zu betreuen, da bleibt wenig Zeit für die eigenen Versuche. Das Blog muss dann halt zurückstehen. Ich werde in den nächsten Tagen wieder mehr posten, erstmal aber weniger Substantielles!

Wenn man lange im Labor sitzt kann das aber auch seine Reize haben. Ich kann beispielsweise aus dem Fenster schauen, und sehe dann einen Zeppelin, der über dem Wildparkstadion kreist. Und bei offenem Fenster kann man auch den Ansager hören.

Was hat ein Brustkrebsgen mit der Entwicklung von Sprossachsen von Pflanzen zu tun?

2008-08-14T14:31:00.009+01:00

Gute Frage. Die hab ich mir auch gestellt, als mir vor kurzem ein neues Paper von Pei Han und Kollegen in die Hände gefallen ist. Ich hab aber noch einen kleinen Vorsprung. Wahrscheinlich haben sich nämlich gerade die meisten eine noch grundlegendere Frage gestellt: Was hat denn bitte ein Brustkrebsgen generell in einer Pflanze zu suchen?!? Pflanzen kriegen keine Krebserkrankungen, Brustkrebs schon mal gar nicht!

Ich werd deshalb erst mal mit dem Brustkrebsgen loslegen. In etwa 10% aller Brustkrebserkrankungen können Mutationen im Gen BRCA1 (breast cancer gene 1) festgestellt werden. Betrachtet man nur erbliche Formen von Brustkrebs, ist der Anteil sogar noch größer [1]. Die Bezeichnung Brustkrebsgen ist aber eigentlich irreführend: Zwar wurde das Gen aufgrund seiner Häufung in erblich bedingtem Brustkrebs gefunden, und danach benannt. Mutationen in BRCA1 findet man aber auch häufig bei Krebserkrankungen der Eierstöcke, des Dickdarms und der Prostata. Tatsächlich ist BRCA1 also ein Gen, das die Zellen generell vor Schäden an der DNA schützt, die zu Krebs führen können, und das durch seinen Ausfall die Bildung von Tumoren begünstigt. Diese Definition trifft auf eine ganze Reihe von Genen zu, die man zusammenfassend als Tumorsuppressorgene bezeichnet.
BRCA1 ist deshalb so wichtig für die Integrität der Zelle, weil es eine sehr wichtige Aufgabe in der Reaktion der Zelle auf schwere Schäden an der DNA wahrnimmt. DNA-Doppelstrangbrüche (DSBs) sind eine Art von Schaden, die für die betroffene Zelle nur sehr schwer zu reparieren sind. BRCA1 ist an einem Weg zur Reparatur von DSBs beteiligt, der keine Mutationen erzeugt - der homologen Rekombination (HR). Es nimmt in diesem komplexen Durcheinander von Subwegen eine interessante Stellung ein, weil man es gleich in mehreren davon finden kann. Die Aufgabe von BRCA1 ist dabei wie es aussieht die eines Signalgebers: Es kann an verschiedene andere Proteine ein Signalmolekül anhängen, das kleine Protein Ubiquitin. Welche Proteine genau das Ziel von BRCA1 sind ist noch nicht geklärt, und auch nicht was die Folgen des Anfügens von Ubiquitin sind [2].
Soviel zu BRCA1, obwohl ich doch eigentlich über ein ganz anderes Protein schreiben will, BARD1. Das ist aber gar nicht so schlimm, denn BRCA1 und BARD1 (breast cancer associated RING domain) arbeiten zusammen in der Funktion, Ubituitine auf andere Proteine zu übertragen. Und weil man über BRCA1 mehr weiß und es bekannter ist, hab ich einfach damit angefangen.

Nachdem also geklärt ist, was über BRCA1 und BARD1 als Brustkrebsgen im Menschen so bekannt ist, springen wir in die Organismen, mit denen ich arbeite, den Pflanzen. Und die Frage, warum ein Brustkrebsgen in Pflanzen zu finden ist, kann nun auch leicht beantwortet werden: Auch wenn Pflanzen keinen Krebs bekommen können, müssen sie sich trotzdem vor Schäden an ihrer DNA schützen. Und die DNA-Reparatur ist so grundlegend, dass man fast alle der zentralen Proteine in den bisher untersuchten Organismen findet, auch in Pflanzen. So gibt es eben auch BRCA1 in Pflanzen [3]. Kollegen von unserem Institut konnten vor zwei Jahren zeigen, dass auch BARD1 in Pflanzen vorkommt, dass es zusammen mit BRCA1 arbeitet und dass es Regulationsfunktionen bei der DNA-Reparatur wahrnimmt (Reidt et al., 2006).

Machen wir nun mal einen kleinen Ausflug in Aufbau und Entwicklung von Pflanzen. Wie in Tieren findet man auch in Pflanzen Stammzellen, also undifferenzierte Zellen, aus denen verschiedenste Zelltypen hervorgehen. Sie sitzen in spezialisiertem Gewebe, von dem das Wachstum der Pflanze ausgeht, dem sog. Meristem. Meristeme gibt es demnach beispielsweise in der Wurzel- und Sprossspitze oder den Blüten. Das Sprossspitzenmeristem (shoot apical meristem, SAM) ist schon im Embryo der Pflanze zwischen den Keimblättern angelegt; aus ihm gehen alle pflanzlichen Organe über dem Boden hervor, also Sprossachse, Blätter, Blüten etc. Das SAM ist in mehreren Zonen organisiert, ganz im Zentrum davon liegen die undifferenzierten Stammzellen. Die Identität dieser Zonen wird durch komplexe Signalwege aufrechterhalten. So regulieren die 3 CLAVATA (CLV) Gene die Größe der Stammzellzone. CLV1 und 2 sind Rezeptoren, und CLV3 ein Ligand dieser Rezeptoren. Durch Bindung von CLV3 an CLV1/CLV2 wird eine Signalkette ausgelöst, die die Zellen außerhalb der Stammzellzone zur Differenzierung anregt. Dies geschieht indirekt über das Gen WUSCHEL (WUS). Das verhindert nämlich erst mal im ganzen Meristem die Differenzierung der Stammzellen. Da die CLV Gene aber die Aktivität von WUS außerhalb der Stammzellzone stören, kommt es dort dann zur Ausdifferenzierung der Zellen.

Und nach dieser doch recht langen Einleitung will ich dann doch auch endlich zu dem im ersten Satz angesprochenen Paper kommen. Pei Han und Kollegen haben nämlich bemerkt, dass in Arabidopsis-Pflanzen, in denen BARD1 ausgeschaltet wurde, Defekte im SAM auftreten - weil die WUS-Aktivität nicht mehr auf die Stammzellzone beschränkt ist. Und da sitzt man als Mensch der DNA-Reparatur und -Rekombination erst mal baff da. Nach allem, was wir bisher von BRCA1/BARD1 wussten (und zwar auch im Menschen), hat es eben damit zu tun: Schaden an der DNA, BRCA1/BARD1 werden aktiv und helfen bei der Reparatur, und dann ist wieder Ruhe. Dass jetzt eine grundlegende Funktion in der Entwicklung von Pflanzen dazu kommt ist dann doch etwas überraschend [4].

Wachstum von Arabidopsis-Pflanzen, Wildtyp (links) und bard1-Mutante (rechts).
obere Zeile: 3 Wochen alte Pflanzen im Vergleich, Wildtyp links (I) und bard1-Mutante rechts (K)
untere Zeile: Dünnschnitte durch das SAM drei Wochen alter Pflanzen, ebenfalls wieder Wildtyp links (J) und bard1-Mutante rechts (L)
Die Bilder stammen aus Abbildung 1 von Han et al. (2008).

In der Abbildung oben kann man gut sehen, dass die Mutantenlinie, in der BARD1 ausgeschaltet wurde, ein ziemliches Problem im Wachstum hat. Und auch das SAM ist nicht so ausgebildet, wie man es aus dem Wildtyp gewohnt ist. Die Forscher konnten auch zeigen, dass die Expression von WUS, das normalerweise auf die Stammzellzone beschränkt ist, in der bard1-Mutante nur noch in den äußersten Zellschichten des SAM zu finden ist.

Lokalisation der WUS mRNA im SAM. In Wildtyp-Pflanzen ist WUS nur im Zentrum des SAM, in der Stammzellzone, zu finden (B), in der bard1-Mutante jedoch ausschließlich in den äußeren Bereichen und nicht mehr in der Stammzellzone (D).
Die Bilder stammen aus Abbildung 1 von Han et al. (2008).

Durch weitere Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass BARD1 an einer bestimmten Stelle im Promotor von WUS bindet. Im Promotor von Genen befinden sich regulatorische Sequenzen, an die Proteine wie Transkriptionsfaktoren binden und die Aktivität des Gens (also die Menge an hergestellter mRNA) regulieren. Das erwartet man aber nicht von einem Protein wie BARD1, das Ubiquitine auf andere Proteine überträgt.
Die Gruppe hat natürlich auch mehrere Kontrollexperimente durchgeführt, um diese Beobachtungen abzusichern. So ergab auch die Verwendung von RNAi gegen BARD1 als alternativer Methode zum Ausschalten eines Gens ähnliche Ergebnisse. Kreuzten sie wus-Mutanten mit der bard1-Mutante, so traten Defekte wie in der ersten Abbildung gezeigt nicht mehr auf. Und, je mehr BARD1-Protein in der Zelle vorhanden ist, desto weniger des WUS-Gens findet sich. Es kann also als gesichert gelten, dass der beobachtete Effekt wirklich auf BARD1 und WUS zurückzuführen ist.
Aber wie, und warum? Dazu können die Autoren bisher erst Vermutungen liefern. Leider haben sie nicht überprüft, ob BARD1 am WUS-Promotor tatsächlich wie ein Transkriptionsfaktor wirkt und direkt die Herstellung der mRNA reguliert. Sie vermuten eher, dass der Teil des Chromosoms, auf dem das WUS-Gen liegt, eine sehr komprimierte Form einnimmt, was die Transkription hindert. Da ein Protein namens SYD, das den Komprimierungsgrad von DNA reguliert, sowohl an der gleichen Stelle wie BARD1 an den WUS-Promotor bindet, als auch direkt mit BARD1 interagiert, scheint BARD1 wohl auch mit der Regulation der Chromosomenstruktur zu tun zu haben.

So, langer Post (ich glaube mein bisher längster) über ein für mich sehr überraschendes Paper. Auch wenn es für euch wahrscheinlich nicht so überraschend war, habe ich auf diese Weise aber auch gleich über das wichtige Thema BRCA1/BARD1 schreiben können, was ich sowieso demnächst gemacht hätte. Und über das SAM und wie es reguliert ist habe ich nebenbei auch noch etwas gelernt!

[1] Das Risiko für Frauen, die erblich bedingt Mutationen in BRCA1 besitzen, während ihrer Lebenszeit an Brustkrebs zu erkranken, liegt je nach Quelle (OMIM, DKFZ) bei 80-92%.
[2] Normalerweise ist das Anfügen von langen Ketten von Ubiquitin an Proteine ein Abbausignal für die Zelle. Die so markierten Proteine werden in einem großen Proteinkomplex, dem Proteasom, zu kleinen Fetzen geshreddert. Gerade im Bereich der DNA-Reparatur wurden aber schon ein paar Proteine gefunden, die nur einige wenige Ubiquitine angehängt bekommen statt einer langen Kette. In dem Fall verändern sich die Eigenschaften des Proteins, und es wird nicht abgebaut.
[3] Wenn ich hier von Pflanzen spreche, dann meine ich eigentlich den Modellorganismus für Pflanzen, die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana. Wie es bei den restlichen Pflanzen mit BRCA1 aussieht weiß ich nicht, die sinnvollste Vermutung ist aber erst mal, dass es bei denen auch vorkommt.
[4] Natürlich gibt es auch Mutanten der DNA-Reparatur, die Wachstumsstörungen des Organismus zur Folge haben. Das hängt aber damit zusammen, dass während der Zellteilung Probleme auftreten können die repariert werden müssen. Das ist aber hier nicht der Fall, es geht um die Aktivität eines anderen Gens!

P. Han, Q. Li, Y.-X. Zhu (2008). Mutation of Arabidopsis BARD1 Causes Meristem Defects by Failing to Confine WUSCHEL Expression to the Organizing Center THE PLANT CELL ONLINE, 20 (6), 1482-1493 DOI: 10.1105/tpc.108.058867
Wim Reidt, Rebecca Wurz, Kristina Wanieck, Hoang Ha Chu, Holger Puchta (2006). A homologue of the breast cancer-associated gene BARD1 is involved in DNA repair in plants The EMBO Journal, 25 (18), 4326-4337 DOI: 10.1038/sj.emboj.7601313
Übrigens: beide Paper sind frei erhältlich - Hurra für Open Access!

Paperverwaltung mit Mendeley

2008-08-11T16:29:00.003+01:00

Wollte ein Wissenschaftler bisher seine Sammlung an Literatur verwalten, hatte er recht wenige Möglichkeiten, das mit Software zu tun. Klar, man kann das per Hand erledigen, indem man z.B. Ordner mit den PDFs auf dem Rechner anlegt, und dann Listen z.B. in Excel hat, wo welches Paper liegt. Das ist aber nicht sehr praktisch und erfordert jede Menge Tipperei. Also nimmt man besser eine Software dafür, die die Literaturdaten über Onlinedatenbanken herunterlädt und eine übersichtliche Organisation bietet. Da hat man als Wissenschaftler aber leider eine sehr kleine Auswahl. Im Grunde bleiben da nur kommerzielle Programme wie EndNote (die aber sehr teuer sind), oder Zotero, das als Firefox-Erweiterung kostenlos arbeitet, dafür aber ziemlich unkomfortabel ist.
Die Mac-Gemeinde hat seit ein paar Monaten nun mit Papers eine sehr gute Software zur Hand, wie man so hört. Ich hab keinen Mac und kann deshalb nur die überschäumenden Blogposts lesen und neidisch sein.

Seit ein paar Tagen gibt es nun aber mit Mendeley Konkurrenz zu Papers, die dazu noch auf allen Plattformen läuft. Und Mendeley kann sogar als public beta noch einiges mehr: Die eigentliche Paperverwaltung ist sehr einfach und intuitiv gestaltet. Man kann neue Einträge von Hand anlegen oder aus anderen Programmen wie EndNote importieren. Hat man einen DOI zum Paper, dann kann man die Informationen auch über CrossRef vervollständigen lassen. Neu gegenüber Programmen wie EndNote und Zotero ist die Integration der PDFs in der Datenbank: Zu jedem Eintrag kann man eine Verknüpfung zur PDF Datei des Papers auf der Platte anlegen, und ein integrierter PDF-Viewer zeigt das Paper dann auch in Mendeley an. Außerdem hat man auch die Möglichkeit, seine Literatur in Dokumentengruppen zu ordnen und einzelnen Papern Tags und Notizen anzuheften.
Die Integration der PDFs geht aber noch weiter! Bei Text-PDFs (und in Zukunft dann auch bei eingescannten PDFs durch OCR) versucht Mendeley die Metainformationen auszulesen. Auch hier ist es natürlich am besten, wenn der Journal DOIs abdruckt. Im Prinzip hat man so eine einfache Variante, eine bestehende Sammlung in Mendeley einzupflegen - man wirft einfach per drag and drop seinen Literaturordner rein, und Mendeley liest alle PDFs aus und stellt Verknüfungen zu den Dateien her. Sehr praktisch! Der Nachteil dieser Methode ist zur Zeit noch, dass der Algorithmus zum Auslesen von Metainformationen in Mendeley alles andere als perfekt ist. Man muss eigentlich jeden Eintrag nachbessern. Doch die Mendeley-Macher versprechen, dass der Algorithmus mit der Zeit immer besser werden wird. Die automatischen Auswertungen werden samt den manuellen Verbesserungen anonymisiert zum Hersteller übertragen, so dass Anpassungen vorgenommen werden können. Noch eine Funktion mit der Auswertung von Metadaten aus PDFs: Die Literaturliste am Ende von Papern wird ebenfalls extrahiert und kann gesondert eingesehen werden.
Jetzt haben wir also eine schöne Sammlung unserer Literatur, die alles übertrifft, was ich bisher kannte. Es gibt neben der Desktopkomponente aber auch noch weitere Funktionen online. Man kann sich bei Mendeley eine Profilseite anlegen, die ähnlich gestaltet ist wie die von Sozialnetzwerken [1]. Aus Mendeley Desktop kann man nun seine Literaturlisten hochladen, so dass man von überall darauf Zugriff hat. Besser noch, man kann die verknüpften PDFs mit hochladen, und kann dadurch auch von zuhause mal einen Blick in ein Paper werfen, das hinter Zugriffsbeschränkungen von Journals liegt [2]. Und ich konnte noch keine Platzbeschränkung für die PDFs finden...ob die Macher sich das genau überlegt haben? [3]
Und schließlich kann man sich mit anderen Mendeley-Nutzern auch in Gruppen zusammenschließen und innerhalb der Gruppen Literatur austauschen. Das hab ich aber noch nicht ausprobiert und kann deshalb nichts dazu sagen.

Nach diesem überschwenglichen Lob sind jetzt aber auch noch einige Kritikpunkte fällig. Größter darunter: Nachdem ich meine Literaturliste mit über 1000 Einträgen importiert hatte, wurde Mendeley sehr langsam. Wirklich sehr sehr langsam. Ich hoffe, dass die Performance mit den kommenden Updates verbessert wird! Will man einen PDF-Link anlegen, dann startet man zur Zeit jedes mal im Installationsverzeichnis von Mendeley und muss zu den PDFs navigieren. Ziemlich lästig, und das werde ich mit meinen vielen Papern sicher nicht machen. Aber ein feature request ist schon abgeschickt, dass man sich mit einer kommenden Version dann ein anderes Verzeichnis wählen kann. Außerdem ist mir aufgefallen, dass Mendeley bei einigen wenigen Einträgen die Reihenfolge der Autoren umstellt. Bisher konnte ich keinen Zusammenhang zwischen den betroffenen Papern feststellen, und die neue Reihenfolge ist auch nicht alphabetisch oder so. Ändert man die Reihenfolge, dann stellt sie Mendeley gleich wieder um. Aber auch hier ist ein Bugreport schon abgeschickt. Schließlich fehlt mir noch eine Funktion, die wohl nicht so schnell eingebaut werden wird: Man kann die Literaturliste leider nicht beim Schreiben von Texten verwenden, wie es professionelle Programme erlauben. Solange ich auf EndNote angewiesen bin, um Literaturverweise in eigenen Texten einzufügen und zu formatieren brauche ich Mendeley eigentlich nicht doppelt einsetzen.

Zusammenfassend halte ich Mendeley für ein äußert vielversprechendes Programm, und es lohnt sich wirklich für jeden Wissenschaftler, mal reinzuschauen. Doch solange noch grundlegende Probleme das Benutzen des Programms erschweren werde ich nicht komplett darauf umsteigen. Mal sehen was sich noch alles tut, bis Mendeley aus dem Betastatus herauswächst!

[1] Ich mache hier noch einmal Werbung für das Wissenschaftlernetz SciLink, das ist echt klasse!
[2] Und das ist nicht öffentlich, was aus Copyrightgründen sicher sinnvoll ist...
[3] Nicht dass mich das stören würde. Meine Paper belegen jedenfalls schon über 1 GB auf der Platte.

DNA-Strukturen II: Haarnadeln

2008-08-10T13:02:00.007+01:00

Die Idee, diesen Post mit einem Frisurenwitz zu beginnen, hab ich dann doch sein gelassen. Aber es stimmt wirklich: DNA kann Strukturen ausbilden, die wie Haarnadeln (oder halt auf engl. hairpins) aussehen. Der Grund dafür ist eigentlich ein simpler. Die Grundregeln der Paarung von Nukleotiden, also die Watson-Crick Basenpaarung (A-T und C-G), gilt nicht nur dann, wenn sich zwei Stränge von DNA aneinander lagern. Das klappt problemlos auch innerhalb eines Strangs, sofern es die Nukleotidsequenz zulässt.

Ein klassisches Beispiel sind hier die direct repeats. Eigentlich kann sich jeder gut vorstellen, wie so etwas aussehen muss. Wir nehmen eine bestimmte DNA-Sequenz (z.B. ACGT) und wiederholen sie ein- bis mehrmals, auch mit ein wenig Abstand dazwischen. In dem Fall ist es für die DNA möglich, Basenpaarungen innerhalb eines Strangs auszubilden.

Abbildung aus Dhar und Lahue, 2008

Die daraus entstehende Struktur sieht wie eine Haarnadel aus: Die beiden gepaarten Teile eines DNA-Strangs stehen aus der Ebene des Doppelstrangs heraus; liegt zwischen den wiederholten Sequenzen noch ein nicht wiederholter Bereich DNA, so bildet der eine Schleife (loop) aus ungepaarten Nukleotiden.

Solche Haarnadelstrukturen stellen für Zellen ein großes Problem dar. Weil die hairpins wie gesagt aus der Ebene des DNA-Doppelstrangs herausstehen, behindert dies viele DNA-bindende Proteine. Um mal mit etwas eher positivem anzufangen will ich erst ein Beispiel bringen, wie dieses Problem auch vorteilhaft ausgenutzt werden kann. Während der Transkription bildet die Zelle eine Abschrift eines Gens in Form von mRNA. Dazu muss aber der Komplex aus Proteinen, der die Transkription bewerkstelligt, genau wissen wo auf der DNA er anzufangen und aufzuhören hat. Und beim Beenden der Translation kommen zumindest in einigen Fällen die repeats ins Spiel: Im Modellbakterium E. coli besitzen manche Gene an ihrem Ende Terminatorsequenzen, in denen Sequenzen wiederholt werden. Erreicht die Transkriptionsmaschinerie diesen Terminator, dann bildet die neu hergestellte mRNA einen hairpin aus, der die Proteine von der DNA abfallen lässt - die Transkription ist beendet.

Im Allgemeinen sieht es aber nicht so rosig für die Zelle aus, was Haarnadelstrukturen angeht. Die Probleme beginnen schon viel früher als in der Transkription, wo die hairpins selbstverständlich stören, wenn sie nicht zufällig im Terminator liegen. Es ist nämlich schon schwer für die Zelle, die DNA während der Replikation über solche Bereiche hinweg zu kopieren. Deshalb gibt es auch einige Proteine, die spezifisch Haarnadelstrukturen erkennen und auflösen können.
Ein sehr berühmter (berüchtigter?) Fall ist die Krankheit Chorea Huntington (oder Huntington's Disease), eine erst spät im Leben einsetzende neurodegenerative Erbkrankheit. Da Nervenzellen im Gehirn ihre Funktion verlieren und absterben, leiden Erkrankte sowohl unter psychischen und kognitiven Beschwerden, als auch immer stärker eingeschränkter Bewegungsfähigkeit, bis sie nach mehreren Jahren sterben. Bisher ist keine Möglichkeit bekannt, die Krankheit aufzuhalten oder zu heilen.
Nach langem Suchen wurde die Ursache für diese Krankheit im Gen Huntigtin in einer Abfolge von von CAGs gefunden. In gesunden Menschen wird das CAG nicht mehr als 35 mal wiederholt. Sieht man sich diesen Bereich jedoch in Erkrankten an, dann findet man bis zu 250 CAG-Wiederholungen! Mehr noch, diese Krankheit kann vererbt werden, und in der Regel verlängert sich die CAG-Kette mit den Generationen. Wie kommt diese Verlängerung zustande? Die DNA-Polymerase, die während der Replikation die DNA-Stränge kopiert, verliert bei so langen Wiederholungen immer gleicher Basen irgendwann die Übersicht, wie viel sie denn eigentlich schon produziert hat. Schuld daran ist wahrscheinlich, dass sie auf dem CAG-Bereich hin- und herrutscht (replication slippage), und dass währenddessen die DNA hairpins ausbilden kann. So kann mit jeder Zellteilung die CAG-Kette länger werden. Wieso kann eine Verlängerung der CAG-Folge eine solche Krankheit auslösen? Dazu muss man wissen, dass die Information, in welcher Abfolge Aminosäuren zu Proteinen zusammengebaut werden, in der DNA als Nukleotidtripletts kodiert sind. Bei der Herstellung von Proteinen wird immer drei Nukleotide abgelesen und in eine Aminosäure "übersetzt", die dann mit der vorigen verknüpft wird (Translation). Aha! Drei Nukleotide gleich eine Aminosäure, und Schuld ist eine Wiederholung der drei Nukleotide CAG! Genau, die CAG-Wiederholungen auf DNA-Ebene entsprechen Wiederholungen der Aminosäure Glutamin. Es ist noch nicht genau geklärt, wieso genau eine lange Glutaminkette im Huntingtin-Protein zu all den beschriebenen Problemen führt, aber mögliche Schuldige sind ein schlechterer Abbau des Proteins, die Bildung von großen Proteinklumpen durch Zusammenlagerung über die Glutamine, oder toxische Eigenschaften des veränderten Proteins.
Neben Chorea Huntington sind noch weitere Krankheiten bekannt, die alle auf die Verlängerung von Wiederholungen von drei Nukleotiden zurückzuführen sind.

Abbildung aus Daee et al., 2007

In der Abbildung sind Möglichkeiten gezeigt, wie Trinukleotidrepeats verlängert werden können. Beschrieben habe ich die in B gezeigte Variante, replication slippage. Speziell bei Trinukleotidrepeats scheint die Helikase SRS2 eine wichtige Rolle in der Längenregulation zu spielen, indem sie hairpins entwindet. [1]

Zum Abschluss will ich noch ein wenig Abstand von Krankheiten und Haarnadeln nehmen und einen globaleren Blick auf das Genom werfen. Wenn diese repeats so schlecht für die Zelle sind, wieso gibt es sie dann überhaupt? Interessanterweise sind Nukleotidwiederholungen im menschlichen Genom [2] nicht gleich of vorhanden. Wiederholungen einzelner Nukleotide beispielsweise unterscheiden sich um den Faktor 150 in ihrem Auftreten [4]! Ähnlich ist es auch bei Di- und Trinukleotidwiederholungen. Doch nicht nur der Anteil von repeats ist nicht-zufällig, auch die Position dieser repeats im Genom. Innerhalb der kodierenden Bereiche von Genen finden sich signifikant weniger repeats aller Arten als außerhalb davon. Interessanterweise finden sich (in Pflanzen, wie es in anderen Organismen aussieht weiß ich nicht) die repeats aber häufiger in nichtkodierenden Bereichen von Genen als im Rest des Genoms. Das heißt, dass die Wiederholungen vor allem in den regulatorischen Bereichen vor und hinter den proteinkodierenden Teilen eines Gens angereichert sind. Da ein Vergleich der Verteilung von repeats in verschiedenen Pflanzengenomen ein ähnliches Muster ergab, und speziell die Wiederholungen in den regulatorischen Regionen zwischen vielen Pflanzen über Millionen von Jahren unverändert blieben, scheinen sie wohl eine regulatorische Funktion zu besitzen. Wie die aussieht ist noch niemandem klar; es ist aber nicht dumm zu vermuten, dass die Ausbildung von Haarnadelstrukturen den Zugang von Proteinen zu den Genen beeinflussen kann.

Die Abbildungen konnte ich übrigens verwenden, weil die Arbeiten in Open Access Zeitschriften veröffentlicht wurden. Ich werde auch weiterhin keine Abbildungen verwenden, die nicht unter einer freien Lizenz stehen. Schade für die vielen geschlosenen Journals. Aber es bessert sich ja so langsam!

[1] über SRS2 sicher demnächst noch mehr, und nicht nur weil ich zufällig damit arbeite :-]
[2] in anderen Genomen auch, ich habe fürs menschliche aber gerade Zahlen [3]
[3] die Daten sind aus Stewart Scherers "A short guide to the Human Genome", über das ich in den nächsten Tagen auch noch schreiben will
[4] A oder T: 27369; C oder G: 187

Dhar A und Lahue RS (2008): Rapid unwinding of triplet repeat hairpins by Srs2 helicase of Saccharomyces cerevisiae. Nucleic Acids Research 36(10):3366-3373.
Daee DL et al. (2007): Postreplication Repair Inhibits CAG · CTG Repeat Expansions in Saccharomyces cerevisiae. Molecular and Cellular Biology 27(1):102-110.
Morgante M et al. (2002): Microsatellites are preferentially associated with nonrepetitive DNA in plant genomes. Nature Genetics 30:194-200.
Zhang L et al. (2006): Conservation of noncoding microsatellites in plants: implications for gene regulation. BMC Genomics 7:323.

Was zum Ansehen, bis ich wieder Zeit für richtige Posts habe

2008-08-05T20:09:00.004+01:00

Leider hab ich mal wieder nicht wirklich Zeit für längere Posts, deshalb müsst ihr euch erst mal mit Bildern und Videos die Zeit vertreiben.

Über JoVE hab ich ja schon mal berichtet, und heute kam wieder ein Video über den Ticker, bei dem es um eine grundlegende biologische Methode geht: Das Lichtmikroskop und wie man es bedient.

Mehr in Richtung Unterhaltung geht ein Artikel von National Geographic über Aquarius. Die Aquarius ist ein Unterwasserlabor (das weltweit einzige?) der amerikanischen NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) im Atlantik in ca. 30 m Tiefe. In diesem Unterwasserhabitat sind durchgängig Forscher stationiert, die das umliegende Ökosystem intensiv untersuchen. Der Vorteil eines solchen Habitats für Taucher liegt auf der Hand: Da das Habitat durchgängig in einem ähnlichen Druck wie das umgebende Wasser gehalten wird kann auf die langen Phasen des Ab- und Auftauchens verzichtet werden. So können Taucher statt vielleich 1-2 Stunden problemlos doppelt so lange arbeiten und auch mehrmals am Tag raus gehen. Davon abgesehen hat so ein Habitat natürlich auch einen Charme, der mit abgelegenen Stationen in den Polarregionen oder der ISS vergleichbar ist. Mehrere Forscher leben abgeschnitten vom Rest der Welt auf engstem Raum zusammen und sind von dem umgeben, das sie lieben: Ihrer Arbeit. Ich möchte trotzdem nicht im Versuchsgewächshaus schlafen müssen.
Die Aquarius wurde jedenfalls von einem Reporter der National Geographic besucht, und außer dem erwähnten Artikel finden sich auch mehrere kurze Videos über den Aufenthalt. Ich bin übrigens über den Wild Chronicles Videopodcast von National Geographic drauf gekommen, nur so als Tip am Rande.

Und zum Schluss noch was aus dem Failblog. Total offtopic, aber zu gut um es zu ignorieren.

Radio Lab: Tell Me A Story

2008-08-03T15:14:00.002+01:00

Ich hab ja vor ein paar Monaten schon mal über die Radiosendung/den Podcast Radio Lab geschrieben. Zur Zeit laufen Kurzbeiträge, während die nächste Staffel von regulären Folgen produziert wird. Der neuste von diesen Kurzbeiträgen heißt Tell Me A Story. Darin enthalten ist die Rede des Radio Lab-Moderators Robert Krulwich zur Abschlussfeier von Caltech. In seiner Rede vermittelt er den frischgebackenen Absolventen der Uni, warum es so wichtig ist, die (eigene) Wissenschaft spannend und lebendig Nichtwissenschaftlern zu vermitteln. Das erklärt er unter anderem am Beispiel von Newton, der ein schlechter Vermittler von Wissenschaft war, und Galileo, der seine Erkenntnisse viel allgemeinverständlicher erklärte - dies jedoch nicht durch extreme Vereinfachung der Daten. Laut Krulwich ist das einer der Gründe, wieso Galileo dem Establishment ein so großer Dorn im Auge war: Jeder konnte seine Bücher lesen und nachvollziehen, und wer nicht lesen konnte, der konnte der Erzählung eines Buches von Galileo folgen.
Weitere Beispiele sind Heisenberg und Schrödinger, und auch die Kreationisten mit Adnan Oktar und seinem Buch. Aber was viel wichtiger ist, ganz egal welche Beispiele Robert Krulwich gewählt hätte, die Rede ist so packend und eloquent gehalten, es lohnt sich auf jeden Fall sich die ca. 30 Minuten anzuhören. Sie ist auf jeden Fall eine angenehme Bestätigung für uns Wissenschaftsblogger - wir sind, um im Bild zu bleiben, die Galileos und nicht die Newtons des Web 2.0 ;-)

WNYC Radio Lab - Tell Me A Story [MP3]

DNA-Strukturen I: Das ABC der DNA

2008-07-25T13:29:00.005+01:00

Ich möchte eine kleine Miniserie über die verschiedenen Formen und Strukturen schreiben, die die DNA annehmen kann. Doch zuerst sollte ich vielleicht die grundlegendsten Begriffe klären, die uns dabei begegnen werden (wenn auch recht knapp, sonst würden daraus gleich noch ein paar Posts werden).

DNA (Desoxyribonukleinsäure, von engl. desoxyribonucleic acid) ist ein Molekül, das wie eine Kette aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzt ist. Diese Bausteine nennt man (Desoxyribo-)Nukleotide, und es gibt vier davon: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Jedes Nukleotid ist auch aus weiteren Bausteinen zusammengesetzt: Einen Phosphatrest und den Zucker Desoxyribose haben alle, sie unterscheiden sich aber in einer von vier Nukleobasen. Die DNA-Kette ist über Zucker und Phosphat der Nukleotide verbunden, deshalb bezeichnet man beides zusammen auch als Rückgrat (backbone) der DNA.

Folge von drei Nukleotiden, in denen Zucker, Phosphat und Basen hervorgehooben sind. (Quelle: Wikipedia)

Die DNA liegt üblicherweise doppelsträngig vor, man hat also zwei Ketten, die nebeneinander liegen. Die Stabilität dieser Struktur kommt dadurch zustande, dass immer zwei Basen zueinander zu liegen kommen und Wechselwirkungen (Wasserstoffbrücken) eingehen können. Diese Wechselwirkungen folgen aber einem Muster: Es können nur A und T miteinander paaren, und C und G. Darum kann man auch problemlos von der Sequenz (der Abfolge der Nukleotide A, C, G und T) eines Strangs auf die des anderen Strangs schließen. Diese Art der Basenpaarung bezeichnet man nach den Erstbeschreibern des Aufbaus der DNA auch Watson-Crick-Basenpaarung.
Doch das Bild, wie ich es bisher beschrieben habe stimmt immer noch nicht ganz, so käme nämlich nur eine Leiter heraus. Links und rechts die Kette aus Zucker und Phosphat, und die beiden Basen als Querstreben. Da die beiden Stränge umeinander gewunden sind, nimmt die DNA aber nicht die Form einer Leiter, sondern die einer Doppelhelix an.

Nachdem jetzt die nötigen Grundbegriffe geklärt sind will ich endlich auf die Formen eingehen, die die DNA annehmen kann. Und was liegt dabei näher, als mit der bekanntesten Form der DNA zu beginnen?

B-DNA und A-DNA
Sicher hat jeder schon mal das berühmte Bild von Watson und Crick neben ihrem Modell der DNA gesehen. Gezeigt ist darauf die DNA in der Form, wie sie auch in lebenden Zellen zu finden ist, in der B-Form, kurz auch B-DNA genannt. Aufgrund von spektroskopischen und Röntgenbeugungsdaten ist sehr viel über die Eigenschaften dieser DNA-Form bekannt: Die Doppelhelix ist rechtsgewunden, und eine komplette Windung umfasst 10,4 Nukleotide und hat 3,4 nm Abstand zur nächsten. Weitere Daten könnt ihr der Tabelle unten entnehmen.

Struktur von A-DNA, B-DNA und Z-DNA. (Quelle: Wikipedia)

Nimmt man B-DNA und verringert den Wassergehalt der Probe, dann nimmt die Doppelhelix eine andere Form an, die A-Form. Hier ist schon das Zuckermolekül der Nukleotide im Vergleich mit der B-DNA verdreht, weil eine Wasserschicht um die DNA herum verloren geht. Das hat dann zur Folge, dass auch die Helix selbst ungewöhnlich aussieht: Sie ist breiter als die der B-DNA und die einzelnen Nukleotide sind zur Helixachse stark geneigt.

Z-DNA
Noch abenteuerlicher wird es bei einer Form namens Z-DNA. Liegt ein hoher Salzgehalt vor, und hat man eine DNA-Sequenz in der Guanine und Cytosine abwechselnd vorkommen (GCGCGC etc.), dann nimmt die Bindung zwischen der Base und dem Zuckermolekül von Guanosin eine andere Konformation ein (syn statt anti). Diese Konformation bleibt beim Cytosin aber unverändert in anti. Die Folge davon ist, dass Z-DNA eine Zick-Zack-Struktur annimmt. Außerdem ist Z-DNA im Vergleich zu A- und B-DNA linksgewunden! [1]

C-DNA und D-DNA
Diese beiden Formen gehören mit der B-DNA in eine Familie, sind aber künstlicher Natur. C-DNA (nicht zu verwechseln mit cDNA!) bildet sich bei leicht verringertem Wassergehalt aus.

Nimmt man statt abwechselnden G und C (wie in der Z-DNA) die beiden anderen Nukleotide Adenin und Thymin, erhält man eine Helix mit deutlich weniger Nukleotiden pro Windung (8 statt der 10,4 in B-DNA), die außerdem noch gebogen ist. Zudem bilden sich hier außer den bekannten Watson-Crick-Basenpaarungen auch noch Hoogsteen-Basenpaarungen aus, auf die ich in einem anderen Teil der Serie genauer eingehen will.

Doch mit diesen Formen ist lange nicht Schluss! Laut diesem Paper [PDF frei zugänglich!] sind bis 2003 alle Buchstaben außer F, Q, U, V und Y für DNA-Formen vergeben worden. Aber keine Angst, mit den Formen ist hier jetzt Schluss. Nächstes mal kommt eine ganz andere Struktur dran, die die DNA in der Zelle ausbilden kann. Und: So chemisch wie heute wirds auch nicht mehr (wird viele freuen, ein paar wenige enttäuschen).

[1] "Es gibt also doch linksgewundene DNA!", schreien gerade alle Grafikdesigner erleichtert auf, die schon einmal ein Bild von rechtsgewundener B-DNA gespiegelt haben, dass es schöner auf das Titelbild einer Zeitschrift oder eines Buches passt. Und das kommt gar nicht so selten vor wie man denkt...

Ghosh A, Bansal M (2003): A glossary of DNA structures from A to Z. Acta Cryst D59, 620-626. doi:10.1107/S0907444903003251

LUCA singt

2008-07-24T15:09:00.002+01:00

Sorry, aber das muss ich euch einfach zumuten! Wie wir ja alle wissen, sind alle Lebewesen miteinander verwandt. Mensch und Schimpanse haben einen gemeinsamen Vorfahren, der einen gemeinsamen Vorfahren zusammen mit Gorillas hat, und so weiter. Geht man weit genug zurück, dann landet man bei einem theoretischen Organismus namens LUCA (last universal common ancestor; ausführlicher hier), der der gemeinsame Vorfahr aller heute lebender Organismen ist (jedoch nicht der gemeinsame Vorfahr aller Organismen, die jemals gelebt haben!).
Dieser LUCA hat jetzt jedenfalls sein eigenes Lied, zu singen auf - natürlich - Suzanne Vegas "Luka":

My name is LUCA,
I lived on the ocean floor
near some hydrothermal vent
or maybe in a tidepool by the shore.
And everything that's now alive
is my descendant that survived.
All the others went away (x3)

I'm not the first life. No,
that was way before my time.
Things were so much simpler then,
the start of evolution's climb.
Born in a world of RNA,
or some say protein, some say clay.
No one knows just what it was (x3)

Now if you feel inclined
to explore your family tree,
you're gonna have a real hard time
tracing your way back down to me
'cause horizontal gene transfer
has left the path a tangled blur.
Still, it wouldn't hurt to try (x3)

(repeat first verse)

[via Catalogue of Organisms]

Ich bin wieder da!

2008-07-21T15:19:00.003+01:00

Keine Sorge, ich lebe noch, und ich habe auch nicht das (eh schon viel zu seltene) Bloggen aufgegeben. Ich habe nur zweieinhalb Wochen lang die spanische Sonne genossen, und hab danach noch ein paar Tage gebraucht, um mit den Neuigkeiten aus der Wissenschaft aufzuholen. Jetzt hole ich auch mit den Entwicklungen in der Blogwelt auf, aber so wie es aussieht sind die heißen Themen schon in guten Händen - soweit ich das sagen kann, bei ~3500 Posts in meinem Feedreader!
Aber wir sind in Spanien nicht nur am Strand rumgelegen! Zwar sind unsere eigentlichen Pläne - Murcia und Cartagena zu besichtigen - flachgefallen, dafür ist unsere Familie jetzt um einen Vierbeiner größer! Wir haben einen kleinen Dackelwelpen vor einem trostlosen Schicksal gerettet und mit uns nach Hause gebracht. Und wie ich mir schon denken kann, werd ich im nächsten Post am besten ein paar Bilder posten, zu diesen Dackelaugen hättet ihr nämlich alle auch nicht nein sagen können!

Wie der hehre Ritter Lenski auszog, die Dummheit zu bezwingen

2008-06-24T22:15:00.003+01:00

Heute gehts ja rund, so viele Posts an einem Tag hatte ich noch nie...;-) Aber ich wollte euch sowieso nur schnell ne Leseempfehlung verlinken. Dabei geht es um ein Paper [PDF] aus der Gruppe von Richard Lenski aus PNAS, das vor kurzem veröffentlicht wurde. Weil die Leute zeigen konnten, dass E. colis durch Mutationen neue Eigenschaften erworben haben (hier speziell die Fähigkeit, Citrat aus dem Medium aufzunehmen und zu verwerten), sind jetzt andere Leute sauer. Kann ja auch nicht angehen, dass jemand solche Lügen verbreitet und damit ein so angesehenes Journal wie PNAS beschmutzt. Weiß doch schließlich jeder, dass das mit der Evolution nicht stimmen kann. Ja ne, is klar. Jedenfalls haben die Leute Lenski Briefe geschrieben, die samt dessen Antworten für jeden online nachzulesen sind. Und dabei werden ein paar Punkte klar: (1) Man sollte ein Paper zumindest lesen, bevor man sich darüber beim Autor beschwert. (2) Richard Lenski ist mein neuer Held. Denn die Art, wie er mit den IDioten umgegangen ist, war immer fachlich und höflich. Nie ist er in deren Niederungen hinuntergestiegen. Trotzdem (oder gerade deswegen?) hat er jeden seiner Punkte perfekt dargelegt. Das war kein Punktsieg - das war ein KO in der ersten Runde!

Auf dem Bad Science Blog hat Ben Goldacre den Austausch in einen Post zusammengefasst, so dass man sich zum Lesen noch nicht mal auf Conservapedia die Augen schädigen muss. Lest es durch, auch wenn die Antworten von Lenski lang sind. Sie sind es wert, jeder einzelne Satz.

Die Konkurrenz wächst!

2008-06-24T21:23:00.003+01:00

Wir haben nämlich einen neuen deutschsprachigen Biologenblogger™. Ele wird auf Selective Sweep hauptsächlich über die Themen schreiben, die ihm während seiner vor kurzem begonnenen Doktorarbeit unterkommen, also - soweit die Grundzüge, die ich von seiner Arbeit kenne [1] - Parasiten, Genome und Populationsgenetik. In seinem zweiten Post hat er auch schon ein Paper besprochen, in dem ein wichtiges Problem untersucht wurde: Nimmt man orthologe Gene von Primaten und Nagern, dann sind oft unterschiedliche Funktionen bei ihnen festzustellen. Das hat leider zur Folge, dass Ergebnisse, die z.B. im Modellorganismus Maus gewonnen wurden, nicht direkt auf Erkrankungen beim Menschen übertragbar sind (und umgekehrt).

Ich bin jedenfalls gespannt was in nächster Zeit noch alles kommt und empfehle euch natürlich allen, mal bei Ele auf Selective Sweep vorbeizuschauen!

[1] Ele ist ein ehemaliger Kommilitone und jetzt Mitdoktorand in Karlsruhe. Ich hab also ein wenig Einblick in seine Arbeit und freue mich deshalb noch mehr auf seine Posts.

JoVE - Journal of Visualized Experiments

2008-06-24T09:52:00.002+01:00

Ich muss jetzt doch mal ein wenig Werbung für JoVE machen. Denn der Journal of Visualized Experiments ist keine YouTube-artige Sammlung von wissenschaftlichen Videos (das trifft eher auf SciVee und Bioscreencast zu, die aber auch zu empfehlen sind), sondern ein "echter" wissenschaftlicher Journal, nur eben mit Video zum Paper.

JoVE: What is it?

Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, open access, online journal devoted to the publication of biological research in a video format.

Ja, ihr habt richtig gelesen: peer reviewed und open access! Der Schwerpunkt liegt bei JoVE auf der Beschreibung von wissenschaftlichen Methoden. Ist ja auch leicht nachvollziehbar - anstatt eine bestimmte Technik aus dem Methodenteil eines Papers zu lernen ist es leichter, sie einem Profi abzuschauen. Gerade in den Life Sciences (den Begriff kann ich übrigens nicht leider, aber er ist zumindest kürzer als medizinische/biochemische/molekularbiologische/... Forschung) gibt es eine Unzahl von spezialisierten Methoden, und ihre Anzahl wächst beständig. Das hat zur Folge, dass man schon nach relativ kurzer Zeit eigentlich nur noch die Methoden aus dem eigenen Fachgebiet anwenden kann. JoVE möchte diese Situation verbessern, und auch quasi einen Standard für eine Methode setzen, so dass auch die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen verbessert wird. Alles große Ziele, es bleibt abzuwarten wie weit sich JoVE durchsetzen kann.

Als kleinen Vorgeschmack verweise ich euch zu einer Standardmethode, wenn man mit Zellkulturen arbeitet: Dem Zählen von Zellen und der Bestimmung der Lebensfähigkeit. (Man kann die Videos wohl irgendwie auch auf anderen Seiten einbinden, ich habe aber aber bisher noch nicht herausgefunden wie.)

Ricardo R., Phelan K. (2008): Counting and Determining the Viability of Cultured Cells. JoVE. 16. http://www.jove.com/index/Details.stp?ID=752, doi: 10.3791/752

Von Giraffen und Archen

2008-06-14T15:12:00.006+01:00

Es ist ja schon witzig, wie sich manches fast von selbst zusammenfügt. Gerade diskutieren wir noch auf WeiterGen darüber, wie man in einen originalgroßen Nachbau der Arche (und natürlich in die "echte" auch) denn bitte alle Arten paarweise unterbringen soll. Und schon wird der Platz nochmal um einiges enger.
Wie ich gerade auf dem Barcode of Life Blog gelesen habe, könnte man nach neuesten DNA-Daten die Giraffe in sechs Arten aufteilen. Von den afrikanischen Giraffen sind schon seit längerem mehrere Unterarten bekannt, die sich in ihrem Verhalten, ihrem Fleckmuster des Fells, und ihrer geographischen Verteilung unterscheiden. David M. Brown und Kollegen haben sich nun mit Hilfe von zwei etablierten molekularbiologischen Methoden (mitochondriale DNA, mtDNA und Mikrosatelliten) der Populationsgenetik der Giraffen angenommen. Und dabei stellte sich heraus, dass sich die getesteten Giraffen in sechs monophyletische Gruppen aufteilen lassen. Diese Gruppen stimmen sehr gut mit dem Fleckmuster und der geographischen Verteilung überein.

Abb. 1 aus Brown et al. zeigt die geographische Verteilung und das Fleckmuster neben dem phylogenetischen Baum der untersuchten Giraffen.

Die Autoren konnten berechnen, dass diese Gruppen 0,13 bis 1,6 Millionen Jahre in ihrer Reproduktion isoliert waren. Außerdem scheint es sogar in Gebieten, wo mehrere dieser Gruppen zusammen vorkommen, keine Hybriden zwischen den Gruppen zu geben. Dies könnte an dem unterschiedlichen Fleckmuster oder dem unterschiedlichen Verhalten (oder beidem) liegen. Die Autoren argumentieren nun, und ich meine nicht grundlos, dass man vielleicht nicht mehr von Unterarten, sondern von mehreren verschiedenen Giraffenarten ausgehen sollte. Wie ich ja selbst erst vor kurzem berichtet habe (siehe auch den Post von JLT auf Evil under the Sun zu dem Thema), ist der Begriff der Art nicht wirklich gut definiert. Bei den Giraffen hier treffen aber sogar mehrere der Definitionen zu: Die Giraffengruppen bilden Reproduktionseinheiten, die voneinander isoliert sind (und das wohl seit mindestens 130000 Jahren). Es sind morphologische und Verhaltensunterschiede zwischen den Gruppen festzustellen. Die Gruppen stellen Populationen dar, deren Evolution getrennt voneinander verläuft (gezeigt auf molekularer Ebene).

Auf dem Barcode of Life Blog wird nun diskutiert, wie das bei den anderen Arten von Säugern aussehen könnte. Wenn man aus Giraffen, die sich schon äußerlich so stark unterscheiden, mit Hilfe von molekularen Nachweisen sechs Arten machen kann, wie sähe das dann bei anderen Arten aus, die vielleicht nicht so einfach äußerlich zu unterscheiden sind? Und das bringt uns zurück zum Anfang dieses Posts. Wenn es schon eng gewesen wäre auf der Arche mit nur einem Giraffenpaar, wie hätte es dann mit insgesamt 12 Giraffen ausgesehen (zwei pro Art)? Jetzt muss man das nur noch hochrechnen auf die ganzen anderen Arten, die bisher noch nicht erkannt sind, und es wird ziemlich kuschlig.

David M Brown, Rick A Brenneman, Klaus-Peter Koepfli, John P Pollinger, Borja Milá, Nicholas J Georgiadis, Edward E Louis, Gregory F Grether, David K Jacobs, Robert K Wayne (2007). Extensive population genetic structure in the giraffe BMC Biology, 5 (1) DOI: 10.1186/1741-7007-5-57

Inspiration!

2008-06-06T20:37:00.002+01:00

Gestern wars mal wieder soweit, ich durfte im Seminar bei uns am Institut über die Fortschritte in meinen Projekten berichten. Das ist nicht nur eine gute Übung und hält die Kollegen über die verschiedenen Arbeiten auf dem Laufenden. Mir ist aber auch aufgefallen, dass so ein Vortrag sich auch sehr positiv auf die eigene Arbeit auswirkt. Die Kollegen geben Rückmeldungen zu den Versuchen, und weißen auch auf Versuche und Forschungsrichtungen hin, die man selbst so nah am Projekt dran vielleicht gar nicht gesehen hätte. Aber zumindest bei mir gibt es immer auch noch einen weiteren Effekt: Allein der Vorgang, meine Daten in einen Vortrag zu verpacken, und das Ganze auch in einem größeren Kontext als dem unmittelbaren Forschungsalltag zu interpretieren, liefert mehr Ideen als ich in der nächsten Zeit abarbeiten könnte. Da zeigen sich, versteckt zwischen Säulendiagrammen und Schemazeichnungen, plötzlich ungeahnte Querverbindungen auf, die dem bisherigen Verständnis meiner (ganz ganz) kleinen Ecke der Wissenschaft eine neue Wendung verpassen könnten. Sofern diese Verbindungen überhaupt da sind, und ich sie mir nicht nur einbilde oder hineininterpretiere. Die Antwort darauf sollte ich aber in ein paar Monaten kennen, und egal wie das auch ausgeht - alles nahm erst seinen Anfang, weil ich mir länger als im Alltag üblich Zeit für die Daten genommen habe!

Der Kopf schwirrt vor neuen Ideen, ein gutes Gefühl!

Was ist eine Art? Eine Leseempfehlung

2008-06-01T15:29:00.002+01:00

Das Konzept der Art als eine biologische Maßeinheit scheint klar und umunstößlich zu sein, schließlich bildet es die Grundlage der Biologie als Wissenschaft. So wie ein Physiker die Sekunde als Zeitmaß, und Chemiker die Stoffmenge als Maß für die Anzahl von Teilchen haben, kann man die Art als ein biologisches Maß betrachten. Problematisch wird es dann nur, wenn z.B. die Stoffmenge unterschiedlich groß wäre, je nachdem, wo man sich gerade auf der Erde aufhält. Doch genauso verhält es sich mit der Artdefinition - oder eher mit den Artdefinitionen, denn es gibt jede Menge davon, und keine passt auf alle beschriebenen Arten! Doch die Biologen stecken nicht den Kopf in den Sand und erklären Darwins Evolutionstheorie für Bankrott, wie JLT auf Evil under the Sun gerade einen "Naturalismuskritiker" zitiert und verbessert. Sie versuchen eher, eine Lösung für das Problem zu finden! Und genau über dieses Thema hat Carl Zimmer, meiner Meinung nach einer der besten Wissenschaftsjournalisten [1], für den Scientific American einen Artikel geschrieben, der auf seiner Seite auch frei zugänglich zu lesen ist. Zitiert wird darin auch ScienceBlogger John Wilkins, der das Thema in einem kleinen Post von der philosophischen Seite betrachtet [2].

[1] Er schreibt nicht nur Artikel, sondern auch sehr gute Bücher. Ich habe bisher erst Parasite Rex gelesen, doch man hört auch über seine anderen Bücher nur Lob, und zwar sowohl von Experten wie auch von Laien. Diese Brücke zu schlagen, zwischen Detailreichtum und Verständlichkeit, schaffen nur wenige. Sein neustes Buch, Microcosm: E. coli and the New Science of Life, werd ich mir demnächst auch zulegen.
[2] Von ihm hab ich mir das Bild von der Art als Maßeinheit ausgeliehen. Ich gebs demnächst wieder zurück, versprochen!

Solange der Bohlen nicht in der Jury sitzt...

2008-05-30T16:29:00.003+01:00

Tobias von WeiterGen hat die Aktion WGSDLBB (WeiterGen such das LieblingsBiologenBlog) gestartet, in der er sechs Blogs von Biologen vorstellt: cBlog, Evil under the Sun, Science meets Society, Skeptic as Hell und Varia & Eventualia. Und kaum zu glauben, ich bin mit Holliday Junction auch mit dabei! Schaut euch auf jeden Fall die Blogs an, die sind alle lesenswert. Und wenn ihr euch dann ein Bild von den Blogs gemacht habt könnt ihr noch auf der WGSDLBB-Seite über das Lieblingsblog abstimmen. Ich will ja niemanden hier beeinflussen, aber es gibt ja sicher einen Grund, warum ihr von der Aktion gerade hier erfahrt, oder? Achja, es darf übrigens gern auch mehrfach abgestimmt werden!