Der Wettbewerb Inspiriert Die Forschung Zur Regeneration Von Gliedmaßen
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Video: Der Lurch, auf den wir neidisch sind | Gut zu wissen | BR 2022, Dezember
Anonim

Der Genomsequenzierungswettbewerb erneuert die Regenerationsforschung.

Wei Zhu und Gerald Pao hatten Fragen zu grundlegenden Mechanismen, die es einigen menschlichen und tierischen Zellen ermöglichen, ihre Identität zu ändern und Stammzellen ähnlicher zu werden. David M. Gardiner und S. Randal Voss hatten sich jahrelang mit den Geheimnissen des Salamanders auseinandergesetzt, einer Kreatur, deren Zellen sich wiederholt in ein ganz neues Körperteil verwandeln können. Als sich also eine Chance auf einen Datenverlust ergab, der all ihren vielfältigen Untersuchungen helfen könnte, bündelten diese in Kalifornien und Kentucky ansässigen Forscher ihre Ideen und nahmen an einem Wettbewerb teil.

Ihr Angebot ging an Roche Biosciences in Palo Alto, Kalifornien. Roche war bestrebt, eine neue kostengünstige Hochgeschwindigkeits-DNA-Sequenzierungstechnologie zu demonstrieren, und veranstaltete im vergangenen Jahr einen Wettbewerb mit interessanten Projekten, bei dem ein erster Preis von einer Million DNA-Basenpaaren vergeben wurde. Wert der freien Sequenzierung. Pao und Zhu, beide Postdoktoranden am Salk-Institut für biologische Studien in La Jolla, Kalifornien, haben den Gewinnervorschlag für ein Projekt eingereicht, bei dem mithilfe mehrerer Techniken untersucht wird, was auf molekularer Ebene vor sich geht, wenn Salamanderzellen beginnen, einen verlorenen wieder aufzubauen Glied.

Die Frage ist nicht nur für Salamander relevant, sondern auch für das Verständnis, ob Menschen jemals das gleiche Kunststück vollbringen könnten, vielleicht indem sie unsere eigenen Zellen in einen stammähnlichen Zustand zurückversetzen. Nachdem die Mitarbeiter einige ihrer Daten gesiebt haben, liefert das zufällige Sequenzierungsprojekt Nuggets von Informationen, die für jeden von ihnen wertvoll sind, und belebt möglicherweise die Untersuchung der Salamanderregeneration.

Pao und Zhu konzentrierten sich auf das früheste Stadium der Heilung in Zellen an der Stelle eines amputierten Salamander-Gliedes und untersuchten DNA-Abschnitte, die sich abwickelten und vermutlich Gene enthielten, die sich einschalten wollten. Die Sequenzierung dieses Materials ergab, dass Gene, die anscheinend an der Auslösung des Zellregenerationsprogramms beteiligt sind, einige der gleichen sind, die in embryonalen Stammzellen aktiv sind, was darauf hindeutet, dass die Zellen in einen primitiveren Zustand zurückgekehrt sind. "Wir haben mehrere sehr interessante Kandidatengene, die im Grunde fast ausschließlich in Keimzellen aktiv sind", sagt Zhu, "und wir versuchen, ihre Funktion zu definieren."

"Offensichtlich ist das Ziel zu verstehen, welche Gene während der Regeneration eingeschaltet werden, und mehr über den Prozess zu verstehen", erklärt Zhus Chef Tony Hunter. Es wäre jedoch einfacher herauszufinden, welche Gene wichtig sind, wenn die Wissenschaftler wüssten, welche Arten von Genen der Salamander besitzt. Leider bemerkt Hunter: "Es gibt keine vollständige Sequenz."

Das liegt daran, dass das Salamander-Genom riesig ist, "zehnmal so groß wie die menschliche Genomsequenz", betont Hunter. Laut Voss, einem Biologen der Universität von Kentucky, der das Sal-Site-Repository für Salamander-Gendaten unterhält, hat seine Größe potenzielle Sequenzer aufgrund der Kosten traditioneller Sequenzierungsmethoden immer abgeschreckt. Er verwendete einen Teil des Preises für die kostenlose Sequenzierung, um große Teile des Genoms zu lesen, teilweise um seine Gesamtstruktur zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass Salamander-Gene ähnlich wie menschliche Gene organisiert sind, wobei proteinkodierende DNA-Abschnitte durch nichtkodierende Abschnitte, sogenannte Introns, unterbrochen werden. Bei Salamandern sind die Introns jedoch enorm und mit wiederholten Sequenzen gefüllt, was schließlich dazu beiträgt, die außergewöhnliche Größe des Genoms zu erklären.

Die Gruppe hat auch neu entdeckte Gene katalogisiert, die ein offensichtliches Gegenstück zu Menschen und anderen Wirbeltieren darstellen. Dies ist ein Schritt, um herauszufinden, ob etwas Einzigartiges für Salamander die Regeneration ermöglicht. "Der Roche-Wettbewerb hat uns von etwas mehr als 1.000 Axolotl [Salamander] -Genen, die eindeutig Orthologe menschlicher Gene waren, auf jetzt 10.000 gebracht", sagt Gardiner von der University of California, Irvine. "Es sind nicht alle, aber es ist ein Quantensprung."

Die verlockenden Leckerbissen, die aus dem Sequenzierungspreis hervorgegangen sind, lassen jeden der Forscher mehr verlangen. Pao und Zhu glauben, dass weitere molekulare Studien an Salamandern beispielsweise Einblicke in universellere Mechanismen in embryonalen Stammzellen liefern könnten. Und nachdem Gardiner gesehen hat, was der Zugang zu billigerer Sequenzierungstechnologie bewirken kann, geht er davon aus, dass das Projekt eine neue molekulare Ära in der Salamander-Regenerationsforschung einleiten wird, von der er zugibt, dass sie mit traditionellen biologischen Techniken eine Sackgasse erreicht hat.

"Roche kam mit, und es war wie eine gute Fee, die etwas Feenstaub besprühte", bemerkt Gardiner, "und jetzt können wir die Werkzeuge verwenden, die in der Bioinformatik-Community verfügbar sind."

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