Vom Probieren zum Konstruieren

Vom Probieren zum Konstruieren

Like This Video 0 Susanne
Added by 24. April 2016


 

Wie die Mini-Chemiefabrik in einem Kolibakterium funktioniert

 

In einem Kolibakterium befinden sich rund viertausend Proteine, die in jeder Sekunde unzählige Zwischenprodukte, sogenannte Metaboliten, umwandeln. Dem Verständnis über den komplexen Stofffluss in einer Zelle sind Systembiologen jetzt auf der Spur – Grundlagenwissen über die Mini-Chemiefabrik mit hoher Relevanz für die Biotechnologie.

 

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Die Metaboliten sind der zentrale Schlüssel für das Verständnis der komplexen zellulären Umwandlungsprozesse – eine Art „Netzwerk-Marker“. Doch sie verhalten sich wie Chimären, ändern ihre Zustände ständig. So konnten sie sich der Beobachtbarkeit und damit auch der Interpretierbarkeit ihrer Funktionen durch die Wissenschaft lange weitgehend entziehen.

Der Systembiologe Uwe Sauer hat sich mit seinem Forschungsteam an der ETH in Zürich die Erforschung des zellulären Stoffwechsels zum Ziel gesetzt. Proteine in einer Zelle wandeln laufend zahllose Metaboliten um, diesen Stofffluss – beispielsweise in den rund 4000 Proteinen eines Kolibakteriums – en Detail zu verfolgen, liegt an der Grenze des heute wissenschaftlich Möglichen. Dafür hat Sauer ein neues Experimentalset entwickelt und zudem Computermethoden für die wissenschaftliche Auswertung der gewaltigen Daten erarbeitet, die bei der Dokumentation der biochemischen Umwandlungsprozesse entstehen. Der Gruppe von Sauer gelang mit den neuen Methoden 2015 ein wichtiger Nachweis, nämlich: dass – und vor allem, wie genau – Zellen Hungerphasen überstehen und sich gleichzeitig aufs sofortige Wachstum vorbereiten. Einfach herstellbare Metaboliten werden sofort in Energie umgewandelt; komplizierte Aminosäuren dienen als Energiespeicher.

Solche Forschung an den Grenzen unseres Wissens verlangt inzwischen nach einem neuen Typ des Biologen. Er muss die Trennlinie zwischen Experiment und Theorie überwinden. Denn nur wer in beiden Welten verankert ist, kann an der Front moderner Erkenntnisse erfolgreich agieren.

Daten durch die Beobachtung der sichtbaren Natur mühsam zu sammeln und dann zu versuchen, sie anschließend theoretisch zu durchdringen – das war Biologie von vorgestern. Seit vielen Jahrzehnten erschließen Mikro- und Molekularbiologie sowie die Biochemie immer kleinere Dimensionen der Natur – auch dank einer steigenden Zahl von HighTech-Verfahren. Seit kurzem haben nun Technologien Einzug in die biologische Forschung genommen, die es erlauben, die Gesamtheit der in einer Zelle ablaufenden biochemischen Prozesse zu erfassen. Dabei fallen gewaltige Datenmengen an. Diese Datenberge wissenschaftlich auch beherrschbar zu machen, ist die große Herausforderung, der sich die Biologen jetzt stellen müssen. Dazu zähle auch, meint Sauer, das Design von Experimenten vorab systematischer zu konzipieren als das Biologen heute noch üblicherweise tun. Denn die Generierung von rieigsen Datenmengen allein sichere längst noch keinen wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn. Manchmal sei es wesentlich hilfreicher, mit einem Experimentalset zu arbeiten, das nur wenige Daten erfasst.

Last, but not least, geht es bei der Zellforschung auch um die Frage der Modellbildung in der Biologie. Das Modell des Lebens rückt immer mehr in den öffentlichen Fokus der Wissenschaft. Sauer ist allerdings überzeugt, dass die Wissenschaft davon noch sehr weit entfernt ist. Man solle sich lieber auf präzise Hypothesen fokussieren und diese mit gut durchdachten Experimenten prüfen, das Thema also pragmatisch angehen, statt wissenschaftliche Fragestellungen mit zu hohen Erwartungen an die Modellbildung zu überfrachten.

Erstsendung: Januar 2016

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