scinexx | Überblick: Das Wichtigste in Kürze - Gene Evolution Leben - Gene, Evolution, Leben, Naturgesetze, Zellen, Merkmale, Eigenschaften, Bakterien, E. coli, Systembiologie, Regeln, Gesetzmäßigkeiten, Biologie

Samstag, 20.03.2010

Dossier

Überblick

Das Wichtigste in Kürze

Mit der Entdeckung des genetischen Codes gelang es, das Alphabet des Lebens zu entziffern. Dank verbesserter molekular- und zellbiologischer Methoden hat der Umfang dieses molekularbiologischen Lexikons in den letzten Jahren enorm zugenommen.
Doch bisher ist nicht geklärt, ob es eine eigene „Grammatik“ des Lebens gibt – zusätzlich zu den physikalischen Naturgesetzen. Gibt es generelle Regeln, nach welchen einzelne molekulare Komponenten zu einer Zelle und dann zu einem multizellulären Organismus zusammengefügt sind?
In den letzten Jahren ist klar geworden, dass der Großteil der biologischen Funktionen in einer Zelle nicht von einzelnen Proteinen, sondern von großen Multiprotein-Komplexen und Netzwerken ausgeführt wird. Um hier eine Grammatik zu finden, ist ein systembiologischer, und damit ganzheitlicher Ansatz nötig.
Die meisten biologischen Netzwerke bestehen jedoch aus Dutzenden, manchmal aus Hunderten von Proteinen, und bei ihrer Analyse stößt die menschliche Vorstellungskraft schnell an ihre Grenzen. Längst helfen Computer bei der Analyse – und dennoch sind Forscher bisher meist auf einfachere Modellsysteme angewiesen.
Ein seltenes Beispiel für ein Modellnetzwerk der Zusammenhänge von Genetik und Funktion bietet die Chemotaxis des Darmbakteriums Escherichia coli. Für dieses chemisch geleitete Suchverhalten sind alle Proteine und viele ihrer Wechselwirkungen in den Signalübertragungswegen bereits quantitativ untersucht.
Forscher der Universität Heidelberg haben sich dieses Netzwerk nun auf der Suche nach „Regeln“ näher angeschaut. Das Ergebnis: Das Netzwerk scheint extrem optimiert zu sein – bis an die Grenzen, die nicht mehr von der Biologie, sondern von der Physik gesetzt werden, wobei alle Parameter des Systems perfekt aufeinander abgestimmt sind.
Es zeigte sich aber auch, dass die biologischen „Design-Regeln“ offensichtlich keinen tieferen Gesetzen folgen, sondern dem ständigen Wechselspiel der Mutation und Selektion unterworfen sind.