All diese Themen werden in der Doku wunderbar unaufgeregt präsentiert, auch wenn hin und wieder auch hier das nervige “Gott spielen” fällt. Bei Themen zwischen Östrogenen im Abwasser, sequenzierten Neandertalergenomen und geklonten Mammuts wirds jedenfalls nicht langweilig!

Das Video stammt dieses mal vom Max Planck Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen, genauer von der Gruppe von Detlef Weigel. Die Leute dort machen nicht nur sehr spannende (und sehr erfolgreiche!) Forschung, sie sind auch sehr offen für neue Medien. Detlef Weigel ist jedenfalls einer von wenigen deutschen Biologen mit eigenem Twitter Account. Folgen lohnt sich!

Eine Blindmaus. Quelle: Kudinov/Wikipedia

Wer erinnert sich noch an die Nacktmulle, die keinen Krebs bekommen? Das war eine spannende Geschichte, und nicht nur weil es um Nacktmulle ging (ich gestehe, ich finde Nacktmulle großartig und jede Meldung über sie spannend). Jetzt sieht es so aus, als ob dieses kein Krebs bekommen mit der Lebensweise der Nacktmulle zu tun hat. Es gibt jedenfalls ein neues Paper, das sich mit Blindmäusen beschäftigt, die entfernte Verwandte der Nacktmulle sind. Entfernt bedeutet, dass beide zwar Nagetiere sind, Nacktmulle aber näher mit Meerschweinchen und Blindmäuse näher mit “normalen” Mäusen und Ratten verwandt sind. Das ist wichtig, weil Nacktmulle und Blindmäuse sehr ähnliche Lebensweisen haben, diese aber sehr wahrscheinlich unabhängig voneinander entwickelt haben. Ihre jeweils nächsten Verwandten haben schließlich ganz andere Lebensweisen. Sowohl Nacktmulle als auch Blindmäuse verbringen praktisch ihr gesamtes Leben in selbst gegrabenen Tunnels. Das hat gewisse Vorteile, denn sie sind vor vielen Raubtieren geschützt, die sich an der Erdoberfläche rumtreiben, zudem ist das Wetter da unten besser vorhersehbar. Das Problem in diesen Tunnels ist aber, dass der Sauerstoff meistens sehr knapp ist. Und das ist ein großes Problem, denn der Körper leidet stark, wenn dauerhaft sehr wenig Sauerstoff zur Verfügung steht. Das bedeutet, dass sich die Körper von Nacktmullen und Blindmäusen evolutionär an eine solche Situation anpassen mussten.

Eine Anpassung an dieses dunkle, sauerstoffarme Leben könnte überraschenderweise ein langes, krebsfreies Leben sein [1]! Nagetiere leben in der Regel nicht lange; Mäuse und Ratten, die nahe mit Blindmäusen verwandt sind, haben eine maximale Lebensspanne von 4 Jahren unter Laborbedingungen. Blindmäuse können dagegen bis zu 21 Jahre lang leben. Ähnlich ist es auch bei Nacktmullen, von denen Tiere mit 28 Jahren bekannt sind. Vor ein paar Jahren wurde außerdem festgestellt, dass Nacktmulle keinen Krebs bekommen, oder dass zumindest in einer großen Zahl von unter Laborbedingungen gehaltenen Nacktmullen bei keinem einzigen Tier ein Tumor diagnostiziert wurde. Das ist beachtlich, denn Mäuse und Ratten sind sehr krebsanfällig – Krebs kann die Todesursache von bis zu 90% der Tiere von manchen Stämmen sein. Nun wurde in einem neuen Paper von Vera Gorbunova und Kollegen auch für Blindmäuse das Fehlen von Krebs beschrieben. Laut den Forschern haben sie in über 40 Jahren der Beobachtung bei mehreren tausend Tieren kein einziges mit einem Tumor gefunden.

Also gut, Nacktmulle und Blindmäuse sind also resistenter gegen die Entstehung von Krebs. Das ist ja ganz interessant, aber wir wissen ja seit 2009, wie das bei den Nacktmullen funktioniert. Wieso ist das jetzt bei den Blindmäusen wieder eine Meldung wert? Ganz einfach, weil die Blindmäuse während ihrer Evolution eine komplett andere Lösung für das Problem gefunden haben als Nacktmulle. Beide Lösungen haben zunächst mit der Begrenzung von Zellwachstum zu tun, denn das ist eine der Grundeigenschaften von Krebszellen: Sie wachsen, also teilen sich unkontrolliert. Wenn ich das verhindern kann, verhindere ich die Entstehung von Tumoren. Bei den Nacktmullen funktioniert das so, dass deren Zellen kontaktscheu sind. Wenn man Nacktmullzellen in einer Petrischale wachsen lässt, dann werden mit der Zeit aufgrund der Zellteilung immer mehr Zellen auf gleichem Raum sein. Die Zellen werden also immer mehr andere Zellen direkt berühren. Ab einer gewissen Zelldichte stellen die Nacktmullzellen dann einfach die Teilung ein.

Die Blindmäuse machen das ein wenig anders. Auch hier haben die Forscher Zellen der Blindmäuse sich in einer Petrischale teilen lassen. Auch hier nahm die Zelldichte zunächst zu, sogar viel höher als sie es bei Nacktmullzellen je wird. Doch anstatt sich irgendwann einfach nicht mehr zu teilen, starben alle Zellen in der Petrischale gleichzeitig ab. Das ist natürlich auch eine Lösung, die Tumorbildung zu verhindern – wenn die Zelle anfängt, sich mehr zu teilen als sie soll, muss sie sterben. Das ungewöhnliche bei den Blindmauszellen ist, dass das alle Zellen in einer Petrischale gleichzeitig machen, was so bei den Zellen anderer Nager nicht passiert. Eine gleichzeitige Reaktion aller Zellen deutet darauf hin, dass die Zellen ein Signalmolekül abgeben, das alle anderen Zellen anregt, abzusterben. Und die Forscher haben tatsächlich herausgefunden, dass kurz vor dem gleichzeitigen Absterben der Zellen das Signalmolekül beta-Interferon (das man eher von Immunreaktionen her kennt) in großen Mengen produziert wird.

Warum sollte uns interessieren, was so komische kleine haarige Viecher in ihren muffigen Tunnels anstellen? Wir haben doch schon so viel über Krebs herausgefunden, nur mit Mäusen und Ratten! Nun, die Erstautorin des Papers Vera Gorbunova hat da ein gutes Argument: Die sehr krebsanfälligen Mäuse und Ratten sind sehr praktisch, um zu verstehen, welche Vorgänge zur Entstehung von Krebs führen. Wenn ich aber lernen will, wie Krebs verhindert wird, sollte ich vielleicht besser in Tieren nachsehen, die keinen Krebs bekommen.

Gorbunova V, Hine C, Tian X, Ablaeva J, Gudkov AV, Nevo E, Seluanov A. Cancer resistance in the blind mole rat is mediated by concerted necrotic cell death mechanism. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Nov 5.

[1] Ich bin selbst skeptisch, bei 2 Tierarten gleich so zu verallgemeinern. Es sind aber nunmal zwei sehr auffällige Eigenschaften – hohes Alter, kein Krebs – die sich unabhängig voneinander in 2 Arten entwickelt haben. Und diese 2 Arten teilen eine Anpassung an einen hypoxischen Lebensraum. Es ist zur Zeit nur eine Korrelation, aber mehr haben wir aktuell nicht. Man sollte also nachsehen, wie das mit anderen Tierarten in ähnlichen hypoxischen Lebensräumen ist, z. B. dem Maulwurf.

Ich arbeite mich gerade für eine neue Vorlesung, die ich im Februar halten soll, durch das Buch “The Origins of Genome Architecture” von Michael Lynch. Im Grunde geht es darin um eine Bestandsaufnahme, was sich alles für Elemente in den Genomen von Eukaryoten (das ist die Gruppe Lebewesen mit einem Zellkern in ihren Zellen, einschließlich den Menschen, aber ausschließlich den beiden Arten von Bakterien) befinden, wie groß ihr Anteil ist und am wichtigsten, warum das so ist. In anderen Worten, was ist der evolutionäre Grund, dass es diese Elemente in dieser Form und Anzahl gibt. Nicht unbedingt ein populärwissenschaftliches Buch, aber sehr empfehlenswert für die mitlesenden Molekularbiologen. Jedenfalls stellt Lynch recht weit vorne die Frage, wie viel DNA insgesamt überhaupt auf der Erde ist. Das ist ganz sicher ein Fermi-Problem, denn wir müssen schon schätzen, wenn es darum geht, wie viele verschiedene Arten von Eukaryoten es überhaupt auf der Erde gibt. Dann noch, wie viele Individuen pro Art, wie viele Körperzellen pro Individuum und wie viel DNA pro Zelle! Es läuft also tatsächlich darauf heraus, dass wir diese Zahlen schätzen müssen. Glücklicherweise müssen wir aber nicht raten, denn für alle diese Zahlen gibt es zumindest einigermaßen zuverlässige Schätzungen aus der wissenschaftlichen Literatur, die Lynch auch zitiert (ich verzichte hier darauf, wer Details für eine bestimmte Zahl möchte kann ja in den Kommentaren fragen).

Legen wir mal los mit der Frage, wie lang die DNA eigentlich ist. Manche von euch haben vielleicht schon mal gehört, dass in jeder menschlichen Körperzelle rund 2 Meter an DNA enthalten sind. Das lässt sich ganz einfach berechnen wenn man weiß, wie lang ein Baustein in der DNA, eine Base, ist und wie viele wir davon im Genom besitzen. Nun, eine Base hat eine Länge von 0,34 nm, oder 3×10^-10 m. Zählt man die Anzahl an Basen in allen unseren Chromosomen zusammen, kommt man auf etwas mehr als 3 Milliarden Basen, oder 3×10⁹. Das ergibt dann netterweise für die Gesamtlänge genau (naja, fast…) einen Meter. Da wir allerdings jedes Chromosom doppelt haben (eins von der Mutter, eins vom Vater) haben wir tatsächlich in jeder unserer Zellen 2 Meter DNA! Allein das ist schon extrem spannend, da die durchschnittliche Größe unserer Zellen nur 10 bis 100 µm beträgt [1]!

Wir haben also pro Zelle 2 m DNA – wieviel macht das auf den gesamten Menschen aus? Eine konservative Schätzung geht von rund 10¹³ Zellen im menschlichen Körper aus, also kommen wir auf 2×10¹³ m, oder 2×10¹⁰ km, was ungefähr 130 mal der Abstand zwischen der Erde und der Sonne ist! Bei fast 7 Milliarden Menschen kommen wir für die gesamte Menschheit darum auf rund 10²⁰ km an DNA (Bei so großen Zahlen wird es unsinnig, die Vorfaktoren noch mitzurechnen). Jetzt wird es aber spannend, denn wir wollen ja nicht nur die Länge der DNA der Menschheit, sondern von allen Eukaryoten wissen. Es gibt schätzungsweise 10 Millionen Arten von Eukaryoten, von denen wir bisher ungefähr 1/6 wissenschaftlich beschrieben haben. Die durchschnittliche Größe eines eukaryotischen Genoms beträgt ungefähr 1% des menschlichen Genoms. Wenn wir jetzt von gleich vielen Individuen pro Art ausgehen (was tatsächlich sogar eine ganz brauchbare Annahme ist), dann sollten alle Eukaryoten ohne Menschen ungefähr 10⁵ mal mehr DNA besitzen als die Menschheit, also rund 10²⁵ km.

Michael Lynch bleibt in seinem Text vorsichtig, weil wir bei jeder dieser Zahlen um 1-2 Größenordnungen daneben liegen könnten, und geht für die Eukaryoten insgesamt von 10²⁵ km DNA-Länge aus. Doch selbst das ist eine unvorstellbar lange Strecke. Umgerechnet entspricht dies 10¹² Lichtjahren, oder ungefähr 11 Mal der Durchmesser des beobachtbaren Universums [2]!

Das ist natürlich eine riesige Zahl, vor allem wenn man bedenkt, dass wir auf der Erde neben den Eukaryoten auch noch jede Menge Prokaryoten (die Bakterien) haben, die wohl auch noch ungefähr 10²⁴ km DNA beisteuern, und die Viren mit rund 10²² km.

Was mich gerade interessiert (vielleicht möchte das ja jemand in den Kommentaren durchrechnen): Haben wir durch die molekular- und zellbiologische Forschung der letzten rund 50 Jahre wahrnehmbar etwas an den Größenordnungen ändern können? Wieviel DNA ist in den kultivierten und weggefrorenen Zelllinien? Wieviel “nackte” DNA schlummert in den Eppis dieser Welt in Gefrierschränken? Wenn man bedenkt, dass alleine von einer gängen Zellkulturlinie, den HeLa-Zellen, wahrscheinlich rund 20 Tonnen kultiviert wurden, erscheint mir das gar nicht so abwegig…

[1] Wie so viel DNA in so eine kleine Zelle passt ist ein Thema für einen anderen Artikel.
[2] Sagt jedenfalls Wolfram Alpha, falls die Astronomen damit ein Problem haben bitte melden!

Nachdem die Arbeit abgegeben war, wurde es allerdings nicht besser mit dem Bloggen, über mehrere Monate habe ich ein paar Posts erzwungen, dann war endgültig Schluss. Ich glaube, ein wichtiger Faktor war hier die Änderung in meinem Arbeitsalltag. Als Doktorand habe ich täglich noch viel Zeit im Labor verbracht, habe meine Experimente gemacht und vor allem praktisch gearbeitet. Da war das Bloggen eine nette Abwechslung – mal am Rechner sitzen und ein paar Texte tippen.

Mittlerweile mache ich einen Postdoc, in dem ich nur noch selten selbst ins Labor komme. Da müssen Anträge und Paper geschrieben, Vorlesungen gehalten und Praktika betreut werden. Es kommen Bachelor- und Masterstudenten, deren wissenschaftliche Arbeiten betreut werden wollen. Inzwischen forsche ich auch nicht mehr nur selbst, sondern habe eine kleine Gruppe von technischen Kräften und Doktorandinnen, die zwar glücklicherweise nur wenig Betreuung brauchen. Aber die Kollegen gehen vor. Immer. Das alles bedeutet aber, dass ich sowieso praktisch den ganzen Arbeitstag im Büro am Rechner sitze und irgendwas tippe. Da ist das Bloggen einfach keine Abwechslung mehr, sondern einfach nur eine Verlängerung der Arbeit noch länger in den Abend rein. Es ist tatsächlich eher so, dass ich zur Abwechslung ins Labor gehe.

Dazu kommt, dass ich noch nie ein schneller Schreiber war. Bis ich einen längeren (Blog-)Text geschrieben habe, dauert es. Da ist jede Menge Nachdenken dabei, wie ich etwas schreiben könnte, dann wird es getippt, für nicht gut genug befunden und wieder gelöscht. Bis auf diese Weise ein neuer Post steht, dauert. Und das alles zusammen hat dann dazu geführt, dass ich irgendwann letztes Jahr immer länger gebraucht hab, einen Post zu schreiben. Bis es gar keine große Überwindung mehr war, einfach keinen weiteren zu schreiben. Der letzte war ja sowieso schon so lange her…

Warum will ich jetzt wieder anfangen mit dem Bloggen? An meiner Arbeit hat sich erstmal nichts geändert. Ich habe aber eigentlich nie nur zur Abwechslung von meiner Laborarbeit gebloggt. Es war und ist schon immer wichtig für mich als Wissenschaftler, diese Wissenschaft auch verständlich zu vermitteln. Meine Arbeit wird zum Großteil durch Fördergelder finanziert, die letzten Endes aus Steuergeldern stammen. Auch jemand, der kein Wissenschaftler ist, soll aber nachvollziehen können, was in meinem Eck der Wissenschaft so alles passiert. Und nicht zuletzt: Wissenschaft ist spannend und macht Spaß! Das will ich mit anderen teilen!

Ich werde mit Sicherheit nicht plötzlich täglich einen Post raushauen. Ich will auch gar nicht versprechen, dass es jede Woche einen geben wird. Aber ich will wieder über Wissenschaft schreiben!

Welcome to edition #9 of the MolBio Carnival! If you the third edition of the carnival which I also hosted, you probably wonder why a part of this post is in German. The answer is easy, the German science blogosphere is big and keeps growing, and I want to feature molecular biology-related blog posts here as well! If you speak German, feel free to look around!

If you catch a cold, there is not much you can do but wait till it gets better after a week of coughing and sneezing. Since a cold is caused by viruses, treatment is difficult. Effective drugs like antibiotics just don’t work. Scientists from the Belgian company Ablynx tried a new approach to tackle virus infections: Single-domain antibodies are fragments of the classical antibodies, but they are much smaller. That means they are also much better able to bind to smaller parts of viruses where normal antibodies can’t reach. Michael Scott Long from phased tells us about a study that tested the efficacy of such single-domain antibodies against a number of viruses. It did not only work quite well, they were even able to connect antibodies against different viruses to produces molecules that could recognize multiple targets!

Different types of engineered antibodies. Single-domain antibody on the right, compare the sizes! Source

So I just told you about how great antibiotics are in treating bacteria. Well, I oversimplified. It has been known for some time now that bacteria acquire resistance against antibiotics, and that the number of strains that are resistant against multiple antibiotics keeps on growing. New antibiotics, and more importantly, new strategies for treatment are needed. At It Takes 30, Becky Ward writes about a study that established a new and clever assay system to test new candidate drug targets in bacteria. While the system itself is interesting (using a HIV protein to our advantage!), I found the unexpected results even more fascinating!

The final blog post in English for this edition is by Christopher Dieni at Bitesize Bio. Following his great series on protein phosphorylation I also wrote about in the last edition of the MolBio Carnival I hosted, he started a new series of posts on working with enzymes in general. After establishing what an enzyme is in his first post, the second post deals with how to get a functional enzyme in the lab to be able to test its activity. For this he touches on ways to get the enzyme out of the cells it is expressed in, how to purify it from the rest of the proteins in these cells and how to keep it stable and active.

Wie schon beim letzten Mal hab ich auch heute deutsche Blogposts zur Molekularbiologie dazugenommen! Beide Posts stammen von Blogs aus den Wissenslogs und behandeln Grundlagenartikel:
Bastian Greshake von der Bierologie schreibt über die Möglichkeiten, mehr über die Verwandtschaft zwischen verschiedenen biologischen Arten herauszufinden – und zwar besonders, wie hier DNA- oder Proteinsequenzen weiterhelfen können. Das Problem vor den molekularen Methoden war, dass häufig Ähnlichkeiten zwischen Arten als Beleg für eine Verwandtschaft betrachtet wurden, obwohl diese Ähnlichkeiten andere Gründe hatten. So wurden Arten als nahe miteinander verwandt betrachtet, obwohl sie vielleicht gar nicht so viel miteinander gemeinsam hatten. Auch der Vergleich von DNA- oder Proteinsequenzen zwischen zwei Arten kann natürlich zu Fehlern führen. Doch hier kombiniert man eine objektivere Analyse mit einer ungleich größeren Anzahl von Merkmalen, die man vergleichen kann. Wie das alles funktioniert lest ihr am besten bei Bastian nach.

Auch in dem Artikel von Sebastian Reusch auf Enkapsis geht es im Grunde um Verwandtschaft. Und um Ähnlichkeiten und Unterschiede, die einem etwas Neues über die Biologie erzählen sollen. Doch anstatt um verschiedene Tier-, Pflanzen- oder Bakterienarten geht es bei ihm um Zwillinge. Seit der ersten Idee von Charles Darwins Cousin Francis Galton, der Vergleich von Zwillingen könnte bei genetischen Fragestellungen weiterhelfen, konnten die so genannten Zwillingsstudien zur Aufklärung einer großen Zahl genetisch begründeter Krankheiten beitragen. Gerade die alte Frage des nature vs. nurture, also den Anteilen von Genetik und Umwelt an z. B. einer Krankheit, lässt sich mit Zwillingen gut untersuchen. Doch so einfach ist das nicht, wie sich besonders in den letzten Jahren zeigte! Sebastian erklärt, wie die Epigenetik Unterschiede zwischen genetisch praktisch identischen eineiigen Zwillingen erklären kann.

That was the March edition of the MolBio Carnival. You can check future hosts and past editions on the Carnival’s home page. Be sure to subscribe to the RSS feed to receive notifications and summaries when new editions of the Carnival are posted. Also, you are welcome to submit your best molbio blog articles to the next edition of The MolBio Carnival which will be hosted by Psi Wavefunction at Skeptic Wonder. More info here.

Hultberg, A., Temperton, N., Rosseels, V., Koenders, M., Gonzalez-Pajuelo, M., Schepens, B., Itatí Ibañez, L., Vanlandschoot, P., Schillemans, J., Saunders, M., Weiss, R., Saelens, X., Melero, J., Verrips, C., Van Gucht, S., & de Haard, H. (2011). Llama-Derived Single Domain Antibodies to Build Multivalent, Superpotent and Broadened Neutralizing Anti-Viral Molecules PLoS ONE, 6 (4) DOI: 10.1371/journal.pone.0017665

Wei JR, Krishnamoorthy V, Murphy K, Kim JH, Schnappinger D, Alber T, Sassetti CM, Rhee KY, & Rubin EJ (2011). Depletion of antibiotic targets has widely varying effects on growth. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108 (10), 4176-81 PMID: 21368134

Zwijnenburg, P., Meijers-Heijboer, H., & Boomsma, D. (2010). Identical but not the same: The value of discordant monozygotic twins in genetic research American Journal of Medical Genetics Part B: Neuropsychiatric Genetics DOI: 10.1002/ajmg.b.31091

Bell, J., & Spector, T. (2011). A twin approach to unraveling epigenetics Trends in Genetics, 27 (3), 116-125 DOI: 10.1016/j.tig.2010.12.005

Ich bin der Meinung, dass an den Argumenten nicht viel dran ist. Ich will aber aus einer ganz anderen Richtung argumentieren, als die bisherigen Kommentatoren unter Lars Post. Es geht dabei um eine Kurzsichtigkeit, unter der heutzutage leider viele Molekularbiologen leiden, die mit tierischen Modellorganismen arbeiten, wie ich selbst in meiner eigenen Arbeit oft erfahren musste.

Davies und Lineweaver behaupten, dass frühe einzellige Eukaryoten bestimmte egoistische Phänotypen z.b. bezüglich Zellteilung, Apoptose etc. besaßen, die heute in den Metazoen (mehrzellige Tiere) bei Krebs wieder zum Vorschein kommen. Schauen wir uns doch mal einen aktuellen Stammbaum der Eukaryoten an (danke an Psi Wavefunction von Skeptic Wonder für die Abbildung)! Die vier Linien rechts unten sind die “Metazoa”. Von den restlichen Eukaryoten haben aber noch mehr Gruppen aus dem gemeinsamen einzelligen Vorläufer heraus unabhängig voneinander Vielzelligkeit entwickelt. Beispiele finden sich etwa in den Fungi (Pilze, Mitte rechts) oder den Grünpflanzen (Grünalgen und alle Landpflanzen, Chlorophytes, Charophytes und Embryophytes, oben).

Interessanterweise gibt es Krebs (in der Bedeutung metastasierender Tumore) nur in den Metazoa, also den vielzelligen Tieren. In den anderen vielzelligen Eukaryoten ist Krebs unbekannt.
Jetzt könnte man natürlich argumentieren, dass die nötigen Voraussetzungen zur Ausbildung von Krebs erst in der Linie zu den Metazoa hin entstanden, als zwar schon alle anderen zur Vielzelligkeit führenden Linien abgespalten waren, aber die Organismen selbst noch einzellig und “egoistisch” waren. Das ist allerdings Quatsch. Wir sind uns heute ziemlich sicher, dass die basalen Eukaryoten zwar einzellig, aber in bestimmten Funktionen (die, die Aufgaben innerhalb der Zelle betreffen) recht komplex waren. Ich will dazu zwei Beispiele aus den Pflanzen bringen. Versucht doch mal, im Stammbaum der Eukaryoten von den “Angiosperms” (die Gruppe, zu der zahlreiche gut untersuchte Modellpflanzen gehören) zu den Metazoa zu kommen. Geht nur durch die Basis in der Mitte, weil sich die beiden Linien schon sehr früh in der Evolution der Eukaryoten voneinander trennten. Würdet ihr mir also zustimmen, dass Proteine und Funktionen, die in den beiden grundverschiedenen Gruppen vorhanden waren, auch in den ersten Eukaryoten vorhanden gewesen sein müssen? Gut, das ist nämlich die wahrscheinlichste Erklärung.

Beispiel 1: Hereditäres non-polypöses kolorektales Karzinom
Das ist eine ziemlich schlimme, erbliche Form von Darmkrebs. Ursache sind Mutationen in Genen, die eine Rolle im Weg der Mismatch-Reparatur spielen. Diese Mismatch-Reparatur (MMR) gibt es nicht nur in Eukaryoten, sondern auch in Bakterien. Eines der bakteriellen MMR-Proteine ist MutS. Eukaryoten haben Homologe von MutS, genannt MSH. Allerdings, und jetzt wird es wieder relevant für die Frage hier: Vielzellige Pflanzen wie Arabidopsis und vielzellige Tiere wie der Mensch besitzen ganze sechs (!) MSH-Proteine, die jeweils miteinander und nicht untereinander verwandt sind. Sprich: Menschliches MSH2, dessen Mutation zu erblichem Darmkrebs führen kann, ist näher verwandt mit MSH2 von Arabidopsis, als mit den 5 anderen MSH-Proteinen des Menschen. Und umgekehrt. Eine solche Verwandtschaft ist nur zu erklären, wenn alle sechs MSH-Proteine bereits an der Basis der Eukaryoten, dem letzten gemeinsamen Vorfahren von Arabidopsis und dem Menschen, vorhanden waren. Mutationen von MSH2 in Arabidopsis führen allerdings nicht zu irgendeiner Form von Krebs.

Beispiel 2: Erblicher Brustkrebs
Ein Teil der auftretenden Brustkrebsfälle ist auf vererbte Mutationen in einer Reihe von Genen zurückzuführen, am häufigsten Mutationen in BRCA1 und BRCA2. Und wer hätte es nach dem ersten Beispiel gedacht: Mehrzellige Pflanzen besitzen auch Homologe dieser Gene! Ja, Pflanzen haben Brustkrebsgene. Der Grund ist natürlich, dass die beiden Proteine sehr wichtige Rollen in der Reparatur von DNA-Schäden haben, etwas das in allen Zellen auftritt, auch in Pflanzen. Dabei gehen BRCA1 und BRCA2 in Pflanzen sehr ähnlichen Funktionen in der Zelle nach, wie dies für die Homologe in Tieren bekannt ist. Auch hier ist die Schlussfolgerung wieder, dass bereits basale Eukaryoten Varianten von BRCA1 und BRCA2 besessen haben müssen. Mutationen in den Pflanzen führen dort jedoch nicht zur Entstehung von Krebs!

Tatsächlich sind eine sehr große Zahl von Proteinen des Zellzyklus, der DNA-Reparatur, Rekombination, der Transkription und Translation – also alles, was für das Funktionieren einzelner Zellen wichtig ist, aber bei Mutation auch zur Entstehung von Krebs beitragen kann – in allen Eukaryoten konserviert. Zu Krebs kommt es allerdings nur in den vielzelligen Tieren, den Metazoen (und auch dort nicht in allen Arten).
Ich hab eine alternative recht simple, und deshalb letztlich sicher nicht vollständig befriedigende, Erklärung für euch, warum mehrzellige Tiere Krebs bekommen: Die Metazoa haben eine andere Art und Weise, wie sie aus einzelnen Zellen einen Körper aufbauen. Bei Pflanzen haben alle Zellen den Platz, den sie bei ihrer Entstehung eben haben. Welchen Job sie bekommen (also in welchen Zelltyp sie sich differenziieren), wird durch Signale von der Umgebung bestimmt. Bei Tieren ist das anders. Hier kommt es sehr häufig vor, dass während der Entwicklung des Organismus Zellen an einem Ort entstehen, dann aber an einen anderen Ort im sich entwickelnden Organismus wandern. Im Prinzip also ein Vorgang, wie er bei der Metastasierung von Tumoren auch passiert. Krebs ist also keine “Zurückentwicklung” der Zelle zu einem frühen einzelligen Zustand, sondern eher eine kleinere Zurückentwicklung in einen embryonalen Zustand, in dem das Wandern im Körper üblich ist.

Selbst diese Erklärung ist aber eigentlich viel zu einfach, und mitlesende Onkologen und Grundlagenforscher in der Krebsmedizin werden sich wahrscheinlich schütteln deswegen. Es muss eine ganze Reihe von Veränderungen eintreten, dass Zellen entarten: Die Zelle muss anfangen, sich unkontrolliert zu teilen. Dabei verkürzen sich die Telomere, also muss sie eine Möglichkeit finden, die Telomere wieder zu verlängern. Sie muss verhindern, dass eine ganze Reihe von Selbstmordprogrammen angeschaltet werden. Das sind immer noch alles Faktoren, die nur zur Ausbildung eines lokalen Tumors führen. Jetzt muss diese Zelle Möglichkeiten finden, sich im Körper zu bewegen. Dazu muss sie Verbindungen zwischen anderen Zellen lesen können, um sich zwischen denen bewegen zu können. Sie muss sich auf die komplett verschiedenen chemischen Umgebungen in Blut oder Lymphflüssigkeit einstellen können. Sie muss sich irgendwo im Körper neu ansiedeln können. Dort braucht sie eine Sauerstoff- und Nährstoffversorgung, muss also die Neubildung von Blutgefäßen anregen. Das sind alles Aufgaben, die ein eizelliger Eukaryot gar nicht können musste!

Komisch, gerade erst hat sich PZ Myers über den sicherlich intelligenten Physiker Michio Kaku aufgeregt, der auch demonstrierte, dass er trotz wenig Ahnung von Evolutionsbiologie meint, seine privaten Ansichten in die Öffentlichkeit trompeten zu müssen. Also, wie wärs damit: Ich schreib in Zukunft keine Paper über Astrophysik, dafür lassen die Astrophysiker es bitte, unqualifiziert über Biologie zu fantasieren, okay?

Zum Aufwärmen hab ich nettes kleines Video für euch. Die Molekularbiologen wirds freuen, denn ganz nebenbei kann man darin eine neue Methode lernen, wenn es mal beim Klonieren einfach nicht klappen will.

Das Video stammt übrigens von einer Studentengruppe aus Cambridge, die an der 2010er Runde von iGEM teilgenommen hat. Für ihr Projekt wurden sie eine der Finalistengruppen (von 128 Teams insgesamt)!

Welcome to the third edition of the MolBio Carnival! This time around, we have an additional section you can find at the end of the post – blog posts on molecular biology in German! The German science blogosphere is actually doing quite well, and if you speak the language, fell free to look around here at the German Scienceblogs, or over at Scilogs.de for a start.

We’ve got some great posts lined up, so let’s jump right into some molbio action!

1) Some of you may know archaea of the genus Thermococcus from their thermostable DNA polymerases you use in your PCR. A few Thermococcus species could in the future perhaps also help us with our renewable energy needs. As Michael Scott Long tells us in his blog “Phased“, Thermococcus onnurineus NA1 can grow using only formate and water, thereby producing ATP, bicarbonate and hydrogen. It is tempting to think about exploiting this form of living to produce hydrogen for stuff like fuel cells. Go check out Michael’s post for more information about these interesting archaea!

2) David Garcia from “You’d Prefer An Argonaute” writes about a new method to analyse how RNA molecules fold into secondary structures. There are a few methods to do this around, so why should one more on the list be interesting to us? Well, the new one uses next-generation sequencing to look at RNA folding on a whole-genome scale! David presents the paper in a journal club style, summarizing the interesting new data and methods, but also discussing some of the shortcomings.

3) Next up, we have a series of posts by Christopher Dieni at “Bitesize Bio” on the protein modification many of you probably know and love – phosphorylation. In the first post, he gives an overview of the topics he will write about in the following posts: which methods to use to study phosphorylation and dephosphorylation, which protein kinases there are and what they do, and of course also how the other side of the phosphorylation coin works, the phosphatases.
In the second part of the series, Christopher takes an in depth look at the strategies and methods you can use if you want to know more about protein phosphorylation in your work. You want to look at the phosphorylation of a specific amino acid in you protein of interest? Or do you want to have a more global overview of phosphorylation? Perhaps it’s kinetics you are interested in? Find tips on how to tackle these problems in the second post! By the way, the malachite green assay described in his post is a nice method not only to study traditional phosphatases, you can use it to check for the activity of ATPases as well!
Just a few days ago, Christopher posted part 3 in his phosphorylation series. This one is about the many protein kinases we know about; how they know where to put the phosphate on their target proteins and into which families they are grouped.

4) Our own Lab Rat (who will host the MolBio carnival in December) submitted a post about a rather strange way of cell division in bacteria. Contrary to a division by a contracting ring of the tubulin homolog FtsZ, which is more or less the way people thought all bacteria divide, there seem to exist several different strategies. Some look superficially similar, but use proteins other than FtsZ. Others seem to be much more brutal: When researchers took away FtsZ from Mycoplasma cells, they still could divide, just not by forming a constricting ring. They simply start moving two cell ends in two different directions, until the cells tear itself into two daughter cells!

5) Although I never worked with Xenopus egg extracts myself, I always found the technique fascinating. That’s why I liked to read about using egg extracts to study the factors involved in actin filament nucleation in Becky Ward’s post “Dancing filopodia” at “It Takes 30“. It turns out, if you put the egg extract onto a flat lipid bilayer, a few actin nucleation proteins will start to assemble actin filaments right there on the spot. And you can even observe the growth of these filaments with a cool technique, TIRF microscopy – go have a look at a video of wriggling actin filaments at Becky’s post!

6) Becky submitted another post from “It Takes 30“, this one about microRNAs and the seemingly endless debate on how they work. Translational inhibition, or mRNA destabilization? While this story is much more boring on the plant side, because it was shown several times that miRNAs mostly lead to the degradation of mRNA, on the animal side of life it wasn’t as clear. The majority thought that inhibition of mRNA translation by blocking ribosome access was the way animal miRNAs worked, which even led to speculation if there were fundamental differences between animal and plant miRNAs. As Becky explains, the more recent papers looking at the fate of mRNA targets of a few animal miRNAs in a more global way came out on the other side, arguing for mRNA destabilization as the major factor of miRNA action in animals. What’s your take on the controversy?

7) Some of you perhaps know that I’m doing my PhD in plant genome stability. I’ve read papers by Cédric Feschotte before, mostly on how plant transposons influence genome size. So I was pleasantly surprised to see him work on other elements of eukaryotic genomes, also outside of plants. GrrlScientist writes in “Punctuated Equilibrium” about Feschotte’s work, together with Clément Gilbert, on virus fossils in bird genomes. The story is fascinating in several ways, starting with the type of virus this research was about. Usually, the viral remnants you can find in genomes are from retroviruses – here, it is a DNA virus related to the hepatitis B virus. As it turns out, these viruses are much older than was previously thought based on extant viruses alone. They also seem to be evolving much more slowly than other viruses, as a comparison of the old sequences in the bird genomes with their relatives of today showed. Great stuff!

8) Finally, Nir London of the “Macromolecular Modeling Blog” tells us about the importance of peptide-protein interactions in a first of a series of posts he has planned. Instead of the usual interactions of proteins with other folded protein domains most of you know about, there are also proteins that bind to short linear peptides. Those peptides are more flexible on an evolutionary timescale, and proteins often recognize many diferent peptides. As Nir writes further on, research on the role of different peptides in the cell could lead to new therapeutic routes as well.

These are our English submissions for the month, but I still have a few molecular biology blog post left – in German! If you don’t speak the language, head on down to the end of the post for information about the next issue of the carnival, and where to submit your blog posts.

So, jetzt kommen wir wie versprochen noch zu den deutschsprachigen Blogposts!
9) Joe Dramiga schreibt auf seinem Blog “Die Sankoré Schriften” über das spannende Thema Protein-Spleißen. Es gibt erste Hinweise, dass es in Wirbeltieren nicht nur vorkommt, sondern womöglich sehr häufig sein könnte. Die daraus abgeleitete Polypeptid-Rearrangement-Hypothese zeigt uns ziemlich weitreichende Folgen auf Grundlagenforschung und auch Medizin, falls sie sich bewahrheitet.

10) Gleich neben Joe, nämlich auch auf den Wissenslogs, hat Sebastian Reusch auf “Enkapsis” über die RNA-Interferenz gebloggt. Eins von den vielen Themen, das zunächst in Pflanzen entdeckt und untersucht wurde, für das dann aber Forscher mit Tiermodellen den Nobelpreis bekamen. Grrrr. Neben einer schönen Übersicht über die Grundlagen erzählt uns Sebastian auch ein wenig über erste Versuche, RNAi medizinisch anzuwenden. Das Video über die Grundlagen der RNAi ist so toll, das muss ich hier auch einbauen!

That’s it for this month’s edition of The MolBio Carnival. You can check future hosts and past editions on the Carnival’s home page. Be sure to subscribe to the RSS feed to receive notifications and summaries when new editions of the Carnival are posted. Also, you are welcomed to submit your best molbio blog articles to the next edition of The MolBio Carnival which will be hosted by Psi Wavefunction at Skeptic Wonder. More info here.

Kim, Y., Lee, H., Kim, E., Bae, S., Lim, J., Matsumi, R., Lebedinsky, A., Sokolova, T., Kozhevnikova, D., Cha, S., Kim, S., Kwon, K., Imanaka, T., Atomi, H., Bonch-Osmolovskaya, E., Lee, J., & Kang, S. (2010). Formate-driven growth coupled with H2 production Nature, 467 (7313), 352-355 DOI: 10.1038/nature09375

Kertesz, M., Wan, Y., Mazor, E., Rinn, J., Nutter, R., Chang, H., & Segal, E. (2010). Genome-wide measurement of RNA secondary structure in yeast Nature, 467 (7311), 103-107 DOI: 10.1038/nature09322

Erickson, H., & Osawa, M. (2010). MicroCommentary: Cell division without FtsZ – a variety of redundant mechanisms Molecular Microbiology DOI: 10.1111/j.1365-2958.2010.07321.x

Lee K, Gallop JL, Rambani K, & Kirschner MW (2010). Self-assembly of filopodia-like structures on supported lipid bilayers. Science (New York, N.Y.), 329 (5997), 1341-5 PMID: 20829485

Guo H, Ingolia NT, Weissman JS, & Bartel DP (2010). Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature, 466 (7308), 835-40 PMID: 20703300

Gilbert, C., & Feschotte, C. (2010). Genomic Fossils Calibrate the Long-Term Evolution of Hepadnaviruses PLoS Biology, 8 (9) DOI: 10.1371/journal.pbio.1000495

Petsalaki E, & Russell RB (2008). Peptide-mediated interactions in biological systems: new discoveries and applications. Current opinion in biotechnology, 19 (4), 344-50 PMID: 18602004

Fire A, Xu S, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE, & Mello CC (1998). Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature, 391 (6669), 806-11 PMID: 9486653

Molekularbiologie ist ein unheimlich spannendes Thema, das weltweit von sehr vielen Wissenschaftlern erforscht wird. Leider entspricht die Berichterstattung darüber nicht dem großen Anteil, den diese moderne Forschungsrichtung in den heutigen Lebenswissenschaften einnimmt. Warum das so ist, stellt bestimmt auch eine interessante Frage dar. Wir haben uns allerdings gedacht, dass wir einfach versuchen wollen, ein wenig mehr Aufmerksamkeit auf die Molekularbiologie zu lenken. Darum haben wir einen Blogkarneval gestartet, in dem einmal monatlich die spannendsten molekularbiologischen Blogbeiträge gesammelt werden sollen. Ähnlich wie es drüben bei Astrodicticum Simplex mit dem Blog-Teleskop läuft, wird der Molbio Karneval jeden Monat von einem anderen teilnehmenden Blogger ausgerichtet.

Mit dabei sind zur Zeit Alejandro Montenegro-Montero, LabRat, Psi Wavefunction, Lucas Brouwers und ich. Die ersten beiden Ausgaben sind schon raus, und am 4. Oktober werde ich die dritte hier hosten.

Wer seine molekularbiologischen Blogposts im Molbio Karneval veröffentlicht haben möchte, kann sich entweder direkt an den Verantwortlichen für den jeweiligen Monat wenden, oder (einfacher) hier einreichen, alles weitere geht dann automatisch. Deutsche Blogposts werden auch gern genommen, dafür bin ich ja da!