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Rubrik: Science Life |
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Von ETH-Systembiologen entschlüsselt Vier Funktionen für Doppelgene | |
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In biologischen Systemen kommt duplizierten Gene nicht ausschliesslich eine Aufgabe zu. Doppelgene können die genetische Information sichern, das Zwillingsgen stärken, der Regulation dienen oder aber neue Aufgaben übernehmen. Dies haben jetzt Forschende am neuen Institut für Molekulare Systembiologie der ETH anhand einer Kombination aus Computersimulationen und experimentellen Analysen nachgewiesen. Das Grundlegende der Systembiologie ist die quantitative Analyse ganzer biologischer Systeme, wobei gezielt relevante Komponenten des Systems untersucht werden. Die so gewonnene Information wird in dynamische Computermodelle integriert. Diese Modelle ermöglichen es, die Eigenschaften des Systems zu simulieren. So war die Untersuchung der doppelten Gene die erste offizielle Arbeit aus dem neuen Institut für Molekulare Systembiologie der ETH Zürich (IMSB).(1) Sie erschien kürzlich im Wissenschaftsmagazin „Genome Research". Das IMSB ist Teil von SystemsX (2) – dem schweizerischen Netzwerk für Systembiologie. 6’000 Gene und 1’500 Duplikate Uwe Sauer, Professor für Systembiologie, Postdoc Lars Blank und Doktorand Lars Küpfer arbeiteten mit einer Kombination von experimentellen und rechnerischen Methoden, um den Funktionen doppelter Gene anhand eines idealen Modellsystems - Hefe - auf die Spur zu kommen. Die Hefe, genauer: die kommune Bäckerhefe mit 672 Stoffwechselgenen, eigne sich vorzüglich als Modell für die Untersuchungen und die Messmethode, wie sie am Institut für Molekulare Systembiologie angewandt wurde, sagt Uwe Sauer. Von den rund 6’000 Hefegenen seien rund 1’500 Duplikate, und 300 davon würde man im Stoffwechsel finden. Den Funktionen auf der Spur Diese Art der bislang grössten systembiologischen Untersuchung habe ein Nebeneinander von vier in etwa gleich wichtigen Funktionen ergeben. „Einerseits dienen Doppelgene als Sicherheitskopien. Andererseits gebe es eine Gruppe von Genen, die aktiv die Funktion ihres Zwillinggens stärken“, erklärt Sauer. Eine weitere Gruppe von Doppelgenen übe regulatorische Funktionen aus. Und Gene der vierten Gruppe hätten sich weiterentwickelt und neue Aufgabengebiete erschlossen.
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„Ausgelöst durch zufällige Veränderungen werden sich Doppelgene im Laufe der Zeit immer unähnlicher und gehen entweder verloren oder bringen über neue, beziehungsweise. zusätzliche Funktionen dem Organismus einen Vorteil. Das heisst, sie werden positiv selektioniert", so Uwe Sauer. Die Publikation widerspricht damit Arbeiten, in denen eine bestimmte Funktion für die Beibehaltung doppelter Gene in den Vordergrund gestellt wird. Das Umfeld bestimmt die Aufgaben Die entwicklungsbiologischen Mechanismen und Funktionen, die hinter der Verdoppelung der Gene stehen, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt und werden laut Uwe Sauer das Feld künftiger Forschung seines Teams am IMSB sein. Das Computermodell ist ein wichtiger Bestandteil der Forschung seines Teams, aber nur Teil der Forschung, die lediglich statistische Aussagen machen kann. So wird die Weiterentwicklung der Computermodelle für dynamische Aussagen, für die künftig ein Oberassistent verantwortlich sein wird, eine Stossrichtung sein. „Fest steht heute, dass sich die Funktionen der doppelten Gene aus dem Bedarf des Umfeldes ergeben. Wie genau aber ein solch komplexes Stoffwechselnetzwerk reguliert wird, ist noch nicht genau bekannt", sagt Uwe Sauer. Mit diesem Gebiet sowie mit der Weiterentwicklung der Messmethode werden sich die Forschenden am Institut für Molekulare Systembiologie künftig beschäftigen. Ziel aller Arbeiten sei, die experimentellen Daten in die Computermodelle zu integrieren. |
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Literaturhinweise:
Fussnoten:
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