Bioinformatik: Äpfel mit Birnen vergleichen - Science Communications

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FORSCHEN Zuerst berichteten einschlägige Publikationen über die Epigenetik. Dann eroberte das Thema auch den Sachbuchmarkt. Epigenetics: e Of great-grandchildren and wrap techniques With the help of GEN-AU, Vienna evolved into a center for epigenetics. This booming field of science is essential for understanding disease, evolution as well as basic mechanisms of immunology. 18 genosphären 11/12 zellen bekannt ist. Ein logischer Kandidat, weil er schon in den beiden vorangehenden GEN-AU Epigenetik-Projekten mitgewirkt hat. Und, noch viel wichtiger: Weil er im Zuge seiner immunologischen Forschungen auf Fragen gestoßen ist, die er nur mit einem besseren Verständnis der Epigenetik beantworten wird können. Konkret zerbricht sich der gebürtige Schweizer, der seit 1988 am IMP arbeitet, den Kopf darüber, wie Stammzellen das Schicksal ihrer Tochterzellen bestimmen. Stammzellen sind – wie Kinder zu Beginn ihrer Schulkarriere – noch extrem vielseitig. Sie sind in der Lage, fast jedes beliebige Gewebe des menschlichen Organismus entstehen zu lassen. Erst ihre Tochterzellen schlagen eine bestimmte Richtung ein, beginnen sich zu spezialisieren. So wie Jugendliche, die einen bestimmten Ausbildungspfad einschlagen, entwickeln sie spezielle Fähigkeiten und verlieren andere. Wegweiser am Entwicklungspfad Doch anders als bei Kindern, die mitunter – auch gegen den Willen ihrer Eltern – irgendwann umsatteln, bleiben Tochter- und Enkelzellen getreulich auf dem vorgezeichneten Entwicklungspfad. Manche entwickeln sich über mehrere Vorläuferstadien z.B. zu Augenzellen, andere entfalten sich in Richtung Abwehrzellen des Immunsystems. Busslinger war rasch klar, dass die Information über den eingeschlagenen Weg nur mit epigenetischen Veränderungen von einer Zelle auf die nächste übertragen werden kann. Und so wurde Epigenetik: Schwierige Definition, boomendes Feld Will man zwei Forschende aus der Genetik dazu bringen, sich zu streiten, muss man sie nur nach einer allgemeinen Definition von „Epigenetik“ fragen. Denn die Übersetzung des Wortes, das schon Aristoteles verwendet hat, ist ziemlich allgemein: „Epi“ bedeutet zusätzlich. Demnach wäre die Epigenetik all das, was außer dem Genom noch wichtig für die Funktionen einer Zelle ist. Und das ist allerhand. Schließlich ist das Genom ja in allen Zellen eines Organismus gleich – egal, ob in der Leber, ob in einer embryonalen Stammzelle oder in der Wurzel eines alten grauen Haares. Der Unterschied liegt in der Regulierung der Erbinformation. Epigenetische Mechanismen legen fest, wann welche Gene aktiv sind. Sie sorgen etwa dafür, dass die Töchter einer Stammzelle wissen, in welche Richtung sie sich spezialisieren sollen. Darüber hinaus gibt es erste Hinweise darauf, dass epigenetische Information über Generationen hinweg übertragen werden kann. Das Forschungsfeld boomt, auch dank immer effizienterer Analyse-Geräte zur Genom-Kartie- er fast zwangsläufig zum Epigenetiker. Sein bisher wichtigster Beitrag zu diesem Feld: Er fand heraus, dass Transkriptionsfaktoren eine wesentliche Rolle bei den Lebensweg-Entscheidungen von Zellen spielen müssen. Vom Historiker zum Kindergartenkind Indem er nur einen einzigen dieser Faktoren, genannt PAx5, deaktivierte, konnte er ausdifferenzierte B-Zellen des Immunsystems in Stammzellen zurückverwandeln und sie dann zu T-Zellen heranreifen lassen. Es war, als hätte er einen hoch spezialisierten Historiker aus der Bibliothek geholt, ihn zu einem Kindergartenkind gemacht – um es dann zu einem Maschinenbau-Experten auszubilden. Ein besonders sichtbares Resultat derartiger „Verwandlungs-Experimente“ – schon lange vor GEN-AU Projektende – ist ein Advanced Grant, den Meinrad Busslinger Anfang Dezember 2011 vom European Research Council (ERC) zugesprochen bekommen hat. Dadurch wird er in den kommenden fünf Jahren 2,5 Millionen Euro für seine Forschungen ausgeben können. „Ohne die Vorarbeiten, die wir in den GEN-AU Projekten geleistet haben, hätten wir niemals einen solchen Erfolg landen können“, so Busslinger. Die Geschichte der Epigenetik in Wien wird also weiter gehen. rung. Schon ist der erste einschlägige Nobelpreis vergeben worden – für Erkenntnisse, die u. a. von der Arbeit der in Wien forschenden Epigenetiker Marjori und Antonius Matzke (GMI) inspiriert worden waren. Mit einem besseren Verständnis von epigenetischen Mechanismen könnten Wissenschafterinnen und Wissenschafter direkt in das Schicksal von Zellen eingreifen. Eine Vision ist es, aus ausdifferenzierten Zellen Stammzellen zu machen und aus diesen Gewebe für medizinische Anwendungen zu züchten, etwa Dopamin-produzierende Neuronen für die Behandlung von Parkinson. Die Forschenden erhoffen sich aber auch Aufschlüsse über die Evolution von Organismen. Die Epigenetik könnte bislang rätselhafte Phänomene der Vererbung erklären – etwa, warum bestimmte Folgen von Hunger oder Stress auch noch in der nächsten oder übernächsten Generation feststellbar sind. Die These lautet: Nicht die Gene, sondern das Epigenom wird verändert. Und diese Veränderungen werden weiter gegeben. Abbildung der Buchcover mit freundlicher Genehmigung von DuMont Buchverlag sowie Cold Spring Harbor Laboratory Press
Blockade für den grünen Geist Transnationales Projekt: Identification of hot spots of divergence and rapidly changing genes within Shiga toxin-producing Escherichia coli BILD: SILVIA EHRLENBACH UND MARTIN HERMANN TExT: JULIA HARLFINGER Noch vor einem Jahr wusste kaum jemand etwas mit dem Begriff „enterohämorrhagische Escherichia coli“ anzufangen. Heute ist EHEC – so die Kurz- bezeichnung für diese Bakteriengruppe – geläufig. Denn ein EHEC-Stamm löste, ausgehend von Norddeutschland, im Mai 2011 eine Epidemie aus. Es gab kein standardisiertes Mittel gegen die ungewöhnlich aggressiven Bakterien. Ihr Gift (Shigatoxin) transportieren sie über die Blutbahn bis zu den Zielorganen: Niere und Gehirn. Doch mit der giftigen Bedrohung von außen nicht genug. Auch das Komplementsystem, ein Teil des Immunsystems, wird bei einer EHEC-Infektion überaktiviert und reagiert autoaggressiv – mit der Zerstörung körpereigener Zellen. Für Dorothea Orth sind EHEC-Bakterien schon seit rund neun Jahren ein zentrales Thema. Die Ärztin erforscht an der Meduni Innsbruck die Macht dieser Keime – und wie es ihnen gelingt, das menschliche Immunsystem zu provozieren. Gemeinsam mit ihrer Doktorandin Silvia Ehrlenbach beobachtet Orth im Live-Mikroskop, als Vorbereitung für Folgeversuche, wie sich das grün gefärbte Shigatoxin Stunde um Stunde in Nieren-Blutgefäßzellen ausbreitet. Ob letztere gesund sind, erkennt die GEN-AU Projektleiterin daran, dass die Mitochondrien (noch) kräftig rot leuchten. Gewinnt das Toxin die Oberhand, breitete es sich bis in die Fortsätze der Zelle aus. Schließlich glimmen die Mitochondrien nur mehr schwach, die Zelle wird zum grünen Geist. „Mit der EHEC-Krise war unsere ‚Nischenforschung’ plötzlich auch für Kliniken und Öffentlichkeit höchst relevant“, erinnert sich Dorothea Orth. Ster- benskranken, bei denen Blutwäsche und Plasmaaustausch keine Besserung gebracht hatten, wurde ein Antikörper namens Eculizumab verabreicht. Zwar war die Substanz nicht für die Behandlung von EHEC-Infizierten zugelassen. Doch durch Grundlagenforschung wie Dorothea Orth sie betreibt, war bekannt, dass dieser Antikörper das auf fatale Weise außer Kontrolle geratene, überreagierende Komplementsystem zu drosseln vermag. Diese Blockade hat vermutlich einigen Menschen das Leben gerettet. Dieses transnationale Projekt ist Teil der EU-Initiative ERA-Net PathoGenoMics. Das Budget für den GEN-AU Forschungspart von Dorothea Orth (Sektion für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie, Meduni Innsbruck) beträgt 211.690 Euro. 19 genosphären 11/12 MAKROSKOP
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