Alles was lebt

The MolBio Carnival #9

Mon, 04 Apr 2011 23:40:03 +0100

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

Krebszellen sind verkappte Individualisten? Eher nicht.

Mon, 28 Feb 2011 22:46:46 +0100

Drüben im Fischblog hat Lars Fischer über ein aktuelles Paper der beiden Astrophysiker Paul Davies und Charles Lineweaver geschrieben. Die spekulieren in der Zeitschrift Physical Biology, dass Krebs eine Rückbesinnung unserer Zellen in eine Zeit ist, als sie sich noch ganz egoistisch als Einzeller behaupten mussten. Lest euch vielleicht erst mal den Artikel von Lars durch, bevor ihr hierher zurückkommt. Fertig? Gut, dann könnt ihr jetzt hier nachlesen, warum die Idee ziemlicher Quark ist.

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?

Da bin ich wieder!

Wed, 16 Feb 2011 18:03:00 +0100

*puuuust*! Uff, hier hat sich ne richtig dicke Staubschicht über die Posts gelegt, erstmal ein wenig saubermachen. Tja, die letzten Monate waren doch etwas hektisch - mein erstes Review geschrieben, meinen ersten Antrag mitgeschrieben und zuletzt meine Doktorarbeit geschrieben (auch die erste ;)) und erfolgreich verteidigt. Und ich bin ehrlich, nachdem ich den ganzen Tag für die Arbeit vor dem Rechner gehockt bin, hab ich keine große Lust, das in meiner Freizeit auch zu tun. Deshalb wird es Zeit, dass ich wieder ein wenig mehr in Labor komme - dann werd ich auch wieder mehr bloggen!

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)!

The MolBio Carnival, third edition

Mon, 04 Oct 2010 22:15:46 +0100

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!

from Figure 1 of Erickson and Osawa

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.

Here are some of the papers discussed by the author's of this month's molbio blog posts:

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

Der Molbio Blogkarneval

Sun, 19 Sep 2010 19:04:52 +0100

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! ;)

Science Online London 2010

Thu, 02 Sep 2010 15:57:50 +0100

Während in Barcelona über das Wochenende die EMBO ihr Meeting abhält, bin ich in London in der British Library für Science Online London 2010.

Wissenschaft und Wissenschaftsjournalismus im Internet, sei es auf Blogs, Twitter oder sonst irgendwie, Welchen Einfluss hat das Internet auf die Wissenschaft? Die Kommunikation steht hier klar im Vordergrund, aber auch das Teilen von wissenschaftlichen Daten über das Internet und deren gemeinsame Auswertung und Überprüfung.
Neben klassischen Vorträgen wird ein Teil des Meetings auch als Unconference organisiert sein. Dazu noch jede Menge unterhaltsames drumherum wie Führungen bei der Royal Society, ein Besuch bei der Diamond Light Source, und ein netter Abend auf der Dachterasse bei Mendeley.

Ich weiß noch nicht, ob und wieviel ich während des Meetings hier bloggen kann. Science Online London ist aber natürlich auch auf Twitter vertreten, als @soloconf. Da viele der Gäste auf Twitter unterwegs sind, kann man dem Meeting sicher sehr gut auch vom Rest der Welt aus folgen, indem man den Hashtag #solo10 im Auge behält.
Und für diejenigen mit viel Zeit vor dem Rechner wird es einen Livestream der Konferenz drüben bei Science 3.0 geben!

Zitierst du mich, zitier ich dich?

Mon, 30 Aug 2010 10:07:15 +0100

Nature News brachte vor kurzem einen Artikel über den vermeintlichen Zusammenhang zwischen dem Umfang der Literaturangaben am Ende eines Papers und der Häufigkeit, mit der dieses Paper dann zitiert wird. Da ich gerade selbst am Paper schreiben bin, habe ich mich natürlich dafür interessiert!

"There is a ridiculously strong relationship between the number of citations a paper receives and its number of references," Gregory Webster, the psychologist at the University of Florida in Gainesville who conducted the research, told Nature. "If you want to get more cited, the answer could be to cite more people."

Laut dem Artikel hat der Psychologe Gregory Webster in einem Vortrag während der International Society for the Psychology of Science & Technology Konferenz Daten vorgestellt, die genau so einen Zusammenhang zeigen sollen. Er hat dafür alle Forschungspaper und Reviews der Zeitschrift Science zwischen 1901 und 2000 ausgewertet, und einfach die Anzahl der Zitate gegen die Anzahl der späteren Zitierungen eines Papers aufgetragen. Und siehe da - er findet einen stabilen Zusammenhang, der über die Zeit sogar zunahm. Heute soll man pro zusätzlichem Zitat eine weitere Zitierung des Papers einheimsen können. Eine ähnliche Auswertung hat Gregory Webster auch schon mit Artikeln aus den Zeitschriften Journal of Consulting and Clinical Psychology und Evolution and Human Behavior gemacht, und dabei einen vergleichbaren, aber etwas schwächeren Zusammenhang gefunden. Die Folien des Vortrags stehen online, jeder der mag kann sich die gezeigten Daten also gern ansehen!

Die Idee dahinter ist wohl, dass Wissenschaftler auch nur Menschen sind, und sich natürlich über eine Zitierung ihrer Arbeit freuen. Die Freude übersetzt sich dann ins gegenseitige Zitieren aus Dankbarkeit. Doch ganz so einfach ist es wohl doch nicht. Abgesehen davon, dass wir es hier erstmal nur mit einer Korrelation zu tun haben, gibt es an der Auswertung auch noch ein paar andere Probleme.

Philip Davis von The Scholarly Kitchen hat sich das Problem nach dem News-Artikel auch vorgenommen. Er hat zwar nur die Science Veröffentlichungen von 2007 als Datensatz anstelle des längeren Zeitraums von Gregory Webster, er kommt mit der gleichen Auswertung aber auf ein recht ähnliches Ergebnis, Länge der Literaturangaben und Zitierhäufigkeit des Papers korrelieren. Dann zeigt er aber sehr schön, dass es sich hier ziemlich sicher nur um eine Scheinkorrelation handelt, indem er den Gesamtdatensatz aufteilt und sich mehr und mehr Aspekte zur Auswertung dazuholt.
Wenn beispielsweise der Umstand herausgerechnet wird, dass längere Artikel in der Regel auch längere Literaturangaben haben, wird die Korrelation plötzlich negativ! Und indem er auch noch die verschiedenen Artikelthemen und die Anzahl der Autoren eines Artikels mit einbezieht, verschwindet die Korrelation vollständig.

Das muss nicht unbedingt heißen, dass es tatsächlich keine Beziehung zwischen der Länge der Literaturangaben und der Zitierhäufigkeit gibt, es ist nur wie so oft nicht ganz so einfach zu finden. Bleibt noch der Hinweis, dass es sich bei beiden Arbeiten nicht um veröffentlichte Artikel handelt, die als nicht das Peer Review durchlaufen haben. Und für mich und mein Paper gibt es leider auch keine einfache Formel, um an mehr Zitierungen zu kommen. So ein Mist, müssen wir halt doch wieder zurück zur alten Masche, gut geschriebene und wissenschaftlich interessante Paper zu veröffentlichen...

Web of Stories

Sun, 22 Aug 2010 18:20:09 +0100

Ich bin wieder da! Ein wenig zumindest, ich will und muss es erst mal ruhiger angehen lassen. Ich weiß, ich hab schon ne ganze Zeitlang nichts mehr geschrieben, aber die Arbeit geht immer vor. Weil sich die jetzt aber wieder ein wenig normalisiert, kanns hier auch wieder losgehen!

Deshalb heute erst mal ein wenig seichte Kost. Kennt ihr schon Web of Stories? Nicht? Na dann schnell hin! Der Sinn dahinter ist schnell erzählt: Man nehme einen Menschen, setze ihn vor eine Kamera, und lasse ihn eine kurze Geschichte erzählen, was ihm so gerade einfällt. Und wie das so ist mit Geschichten, führt eine zur anderen, und mit der Zeit soll dann eben auch ein Netz von Geschichten entstehen. Zur Zeit ist Web of Stories noch in der Betaphase, mit nur zwei Kanälen. Trotzdem sind schon viele interessante Menschen drin, überraschenderweise überwiegend Wissenschaftler. Sydney Brenner ist beispielsweise jemand, dem ich den ganzen Tag zuhören könnte, nicht nur wenn er wissenschaftlich vorträgt, sondern auch wenn er einfach aus seinem Leben erzählt. Es zeigt auch, dass ein Nobelpreisträger sich problemlos auch mit so komischen Sachen wie alten Science Fiction Heften beschäftigen kann, oder man lernt, wieso man für im Labor gemixte Cocktails immer 95%igen, nie 100%igen Alkohol benutzen sollte...

Schaut einfach mal rein!

Jürgen Markl: Biologie

Sun, 13 Jun 2010 18:51:22 +0100

Das neue Lehrbuch "Biologie" für die Oberstufe von Jürgen Markl hat einen kleinen bunten Frosch auf der Vorderseite. Ich kenne noch andere allgemeine Lehrbücher der Biologie (die auch diesen Titel haben), und alle haben sie einen Frosch vorne drauf: den "Campbell" (als er in Deutschland noch bei Spektrum erschien), und sein Nachfolger bei Spektrum, den "Purves". Es ist wohl noch nicht mal ein Zufall, dass verschiedene Bücher ähnliche Motive auf ihrem Cover haben - Jürgen Markl ist (beziehungsweise war) Herausgeber der deutschen Versionen beider Bücher. Doch ist der neue Markl innen drin, wo es drauf ankommt, ähnlich gut wie ich es selbst noch vom alten Campbell gewohnt bin?

Was als erstes auffällt ist der Aufbau des Buches: Gröbere Themen wie "Zellen" oder "Evolution" (Klasse: bereits die Einleitung betont, dass die Evolution den Rahmen für alle Inhalte bildet) sind in Kapitel eingeteilt, in denen nicht stur klassisch zusammengehörige Aspekte wie zum Beipiel Stoffklassen nacheinander behandelt werden. Vielmehr geht es in den Kapiteln um Fragestellungen, die das Interesse wecken sollen, und die Aspekte aus verschiedenen Gebieten benutzen, um diesen Zweck zu erfüllen. Bevor es etwa im Kapitel "Die Zelle" um das Innenleben von biologischen Zellen geht, wird erst einmal erklärt, wie Mikroskope funktionieren, wie man also Zellen beobachten kann. Die Kapitel sind hier unterteilt in sogenannte Konzepte, kurze Abschnitte, die ihre take home message schon im Titel tragen (etwa "Fossilien liefern starke Belege für das Evolutionsgeschehen").

Der Text, der meiner Meinung nach recht verständlich geschrieben ist, wird von verschiedenen Hilfsmitteln unterstützt. Die zahlreichen Abbildungen sind übersichtlich und modern gehalten (hier gibts eine Beispielseite [PDF]), dazu kommen Methodenboxen, in denen biologische Methoden direkt aus dem Labor beschrieben werden, passend zum Thema. Jedes Konzept hat auch eine Aufgabe, von denen viele über simples Zusammenfassen hinausgehen. Passend zum Zusammenhang zwischen Energieumsatz von Organismen und deren Oberfläche und Volumen wird beispielsweise eine Frage zu Gullivers Reisen gestellt - clever, weil es ein anschauliches, aber nicht alltägliches Beispiel ist.
Passend zur modernen Aufmachung des Buchs finden sich immer wieder auch "Online-Links" im Buch. Weitere Informationen wie Forscherbiografien, interaktive Animationen oder Tests können so online auf den Seiten des Verlags gefunden werden.

Soweit der allgemeine Eindruck. Ich habe dann mal angefangen, auszugsweise die Details anzuschauen. Ein beliebter Test unter uns Molekularbiologen (auch bei Fachbüchern auf Uniniveau!), wie gut die verschiedenen Teams bei der Produktion eines Buchs zusammenarbeiten, ist die DNA-Abbildungen anzusehen. Die DNA-Doppelhelix ist rechtsgewunden, ein Grafiker findet aber vielleicht, dass die Doppelhelix auf der Abbildung in einer anderen Ecke schöner aussieht - schnell gespiegelt, schon passts, nur leider ist die DNA jetzt linksläufig! Das kommt öfter vor als man denkt, hier war die DNA aber in allen Abbildungen rechtsgewunden.
Ich fragte mich auch, wie aktuell die Informationen im Buch sind. Die Grundlagen der Biologie, wie sie in der Schule unterrichtet werden, sind natürlich zum größten Teil gut erforscht. Trotzdem entwickelt sich aktuelle Forschung immer weiter, und sie kann unter Umständen ein genaueres Bild zeichnen, das den Schülern beim Verständnis hilft. Die Wissensübermittlung von Vorträgen auf Meetings über Fachartikel zu Fachbüchern dauert bekanntermaßen sehr lange, in der Biologie mehrere Jahre. Ich war deshalb positiv überrascht, dass im neuen Markl sowohl über den Medizin-, als auch den Chemienobelpreis vom letzten Jahr geschrieben wurde.
Die Aktualität des vermittelten Wissens in Fachbüchern hat in den letzten Jahren auch eine andere Richtung eingeschlagen: Gerade in der Molekularbiologie schufen neuartige Methoden ganz neue Forschungszweige, über die auch berichtet sein will. Das geht leider oft auf Kosten von älterer, aber grundlegender Forschungsergebnisse. So gibt es heute Studenten, die nie etwas von den eleganten frühen Versuchen der Molekularbiologie in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts (wie die von Griffith oder Avery) hörten. Dabei handelt es sich hier oft um sehr elegante, leicht verständliche Versuche, mit deren Hilfe die Grundlagen sehr gut zu vermitteln sind. Die Autoren des neuen Markl haben das offensichtlich eingesehen, denn viele Prinzipien werden darin fast ausschließlich mit Hilfe dieser Versuche erklärt, große Texte sind gar nicht nötig.

Natürlich hat mir nicht ausnahmslos alles an dem neuen Markl gefallen. Die Reihenfolge der Themen erscheint mir beispielsweise merkwürdig. Von Makromolekülen und weiteren "kleinen" Dingen in der Zelle dann zum Stoffwechsel überzugehen, macht Sinn. Dann Genetik, OK, von mir aus. Jetzt werden wir größer, und gehen von der Genetik zur Evolution, und von da in die Ökologie. Soweit kann ich folgen. Aber dann: Wieso ein gesamtes Thema mit dem gleichen Stellenwert wie die Evolution für Neurobiologie? Ein Teilthema der Physiologie, das vielleicht noch am ehesten weiter vorne in den Stoffwechsel gepasst hätte. Besonders auch, weil wir gleich danach mit dem Thema Verhalten wieder über größere Zusammenhänge lernen. Ich hätte die Aufteilung wahrscheinlich ein wenig anders gemacht, aber da müssen sich Autoren von Schulbüchern wahrscheinlich auch äußeren Zwängen wie Lehrplänen unterordnen, die bestimmte Themen zu bestimmten Zeitpunkten vorsehen.

Insgesamt, das hat man sicher beim Lesen gemerkt, gefällt mir der neue Markl sehr gut! Ich will jetzt nicht mit dem alten Klischee anfangen und sagen, hätte ich nur so ein Buch während meiner Schulzeit gehabt. Mir hat mein Biounterricht vor ein paar Jahren auch so gefallen, obwohl ich den Markl nicht hatte. Ich glaube trotzdem, dass den Schülern heute der Markl viel Spaß machen kann. Und mal sehen, die Abbildungen gefallen mir so gut, vielleicht haben ja meine Studenten in der einen oder anderen Vorlesung auch was davon!

Noch mehr Buchrezensionen auf ScienceBlogs:

2x aus dem Fenster schauen

Fri, 11 Jun 2010 19:54:00 +0100

Abstruse Goose: World View (CC by-nc 3.0)

I have a friend who's an artist and he's some times taken a view which I don't agree with very well. He'll hold up a flower and say, "look how beautiful it is," and I'll agree, I think. And he says, "you see, I as an artist can see how beautiful this is, but you as a scientist, oh, take this all apart and it becomes a dull thing." And I think he's kind of nutty.

First of all, the beauty that he sees is available to other people and to me, too, I believe, although I might not be quite as refined aesthetically as he is. But I can appreciate the beauty of a flower.

At the same time, I see much more about the flower that he sees. I could imagine the cells in there, the complicated actions inside which also have a beauty. I mean, it's not just beauty at this dimension of one centimeter: there is also beauty at a smaller dimension, the inner structure...also the processes.

The fact that the colors in the flower are evolved in order to attract insects to pollinate it is interesting - it means that insects can see the color.

It adds a question - does this aesthetic sense also exist in the lower forms that are...why is it aesthetic, all kinds of interesting questions which a science knowledge only adds to the excitement and mystery and the awe of a flower.

It only adds. I don't understand how it subtracts.

Richard Feynman

Ich bin natürlich versessen!

Sun, 30 May 2010 22:19:47 +0100

Wie funktioniert Wissenschaft? Wie sieht der Alltag eines Molekularbiologen eigentlich aus? Ich habs ja schon mehr als einmal gesagt, aber Marcus Anhäusers Berichte im Labortagebuch über seine Zeit beim Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik fand ich richtig klasse. Die Wissenschaft kam nicht zu kurz, aber gleichzeitig hat er es auch geschafft, den Laboralltag und die Leute die die Wissenschaft machen, realistisch und deshalb auch spannend zu beschreiben.

So etwas ähnliches gibt es jetzt auch zum Anschauen! Richard Rifkind, ein Emeritus vom Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, hat zusammen mit der Autorin Carole Rifkind drei Jahre lang die Hochs und Tiefs einer kleinen Gruppe von Molekularbiologen am Colubia University Medical Center in New York verfolgt. Der Gruppenleiter Lawrence Shapiro ist besonders interessiert an der Strukturaufklärung von regulatorischen Proteinen des Energiehaushalts. Der Film "Naturally Obsessed" konzentriert sich vor allem auf die Forschungsprojekte seiner drei Doktoranden, und auch deren Leben. Er zeigt, wie der Alltag in der Molekularbiologie aussieht: immer wieder die gleichen Versuche, die öfter fehlschlagen als funktionieren. Trotzdem immer wieder die Hoffnung, dass beim nächsten Mal der ganz große Knaller rauskommt. Die Euphorie, und die viel zu häufige Verzweiflung, wenn es dann doch nicht klappt. Die alten, kleinen Laborräume, in denen jeder freie Platz mit irgendeinem Gerät vollgestopft ist. Aber auch das Leben außerhalb des Labors, das viel zu oft zu kurz kommt: Sondereinsätze am Sonntag zur Kristallstrukturanalyse von Proteinen, zerbrochene Beziehungen und das Baby, das bis nach der Doktorprüfung warten muss.

Ich fand es überraschend, wie ähnlich der Alltag von Doktoranden weltweit sein muss, wenn sogar die Sprüche die gleichen sind. Neben der namensgebenden Obsession, immer wieder neue Fragen zu stellen, Neues lernen zu wollen, bringt einer der Doktoranden auch ein Argument, das ich selbst schon hin und wieder verwendet habe, um meinen Antrieb zu beschreiben: Es ist ein unbeschreibliches Gefühl, wenn man etwas neues herausfindet. Für eine kurze Zeit ist man der einzige Mensch auf der Welt, der das weiß! Noch nicht mal der Chef oder die Kollegen wissen es. Fast genauso toll (aber nicht ganz) ist es dann aber, sein Wissen zu teilen.

Ich kann diese Doku wirklich jedem empfehlen. Die Doktoranden machen eine glaubwürdige Entwicklung durch, und der Alltag in einem molekularbiologischen Labor ist realistisch und doch (oder eher deswegen) spannend dargestellt. Und ganz nebenbei lernt man etwas neues über ein interessantes Forschungsgebiet! Der Film dauert fast eine Stunde, ist es aber wirklich wert. Und in ein paar Tagen ist ja wieder Feiertag, über ein verlängertes Wochenende kann man den Film mal zwischendurch ansehen!

via Bitesize Bio

Das Venter-Rezept für Bakterien mit synthetisiertem Genom

Sat, 22 May 2010 17:59:33 +0100

Ich habe nicht vor, hier Venter-Bashing zu betreiben. Genausowenig will ich rumphilosophieren, ob Craig Venter und sein Team Gott spielen. Beides kriegt man zur Genüge woanders, wenn einem danach ist. Ich werde auch nicht lange überlegen, ob hier künstliches Leben geschaffen wurde - meine Antwort dazu ist ein deutliches Nein.

Trotzdem stellt das, was Daniel Gibson und Kollegen vom J. Craig Venter Institute (JCVI) in ihrem neusten Paper in Science geschrieben haben, gleich mehrere bemerkenswerte methodische Fortschritte dar, die nicht nur dem Ziel Venters, künstliches Leben zu schaffen, weiterhelfen werden. Um genau diese neuen aufregenden Methoden soll es hier also gehen.

Es hilft vielleicht, wenn man weiß warum Venter überhaupt an künstlichem Leben arbeitet. Anders als beipielsweise dem Nobelpreisträger von 2009 Jack Szostak [1] geht es Craig Venter in erster Linie nicht um das Verständnis der Abiogenese, also dem Entstehen von Leben aus der Kombination von mehreren nicht lebendigen Komponenten. Er verfolgt eher einen Ingenieursansatz: Die heute in der Biotechnologie verwendeten Organismen sind leicht veränderte Varianten von in der Natur vorkommenden Organismen. Darum schleppen sie auch einen großen Hintergrund von Genen mit, die zwar für das freie (Über-)Leben in der Natur zwingend notwendig sind, in einem Fermenter beispielsweise zur Produktion von rekombinantem Insulin aber überflüssig, teilweise sogar störend. Die Idee ist einigermaßen simpel: Man suche nach den mindestens nötigen Genen, die ein Bakterium zum Überleben benötigt, jedoch nicht in der Natur, sondern im Labor. Dann kann man diesen Organismus als Grundlage nehmen, um ihn für verschiedenste biotechnologische Aufgaben anzupassen, wie etwa die oftzitierte Ölproduktion. Den Anfang in dieser Richtung machte Venters Team noch bevor er im Wettrennen um die Sequenzierung des menschlichen Genoms berühmt (berüchtigt?) wurde. Vor 15 Jahren veröffentlichte er ein Paper, auch in Science, in der er die Sequenzierung des Genoms von Mycoplasma genitalium beschreibt. Warum gerade diese Art? Weil M. genitalium das kleinste Genom aller freilebenden Organismen [2] besitzt. Damit ist es der sinnvolle Startpunkt, um von hier aus zu versuchen, wie viele weitere Gene man loswerden kann, wenn der Organismus nur noch im Labor überleben soll. Genau das war der zweite Schritt, über den Glass et al. 2006 berichteten - das Minimalgenom von M. genitalium kommt ohne mehr als hundert der 485 Gene aus.

Jetzt wissen wir also, warum am JCVI mit Mycoplasma-Arten gearbeitet wird. Es waren allerdings drei weitere methodische Probleme zu lösen, um Mycoplasmen für die Biotechnologie als Grundgerüst verfügbar zu machen. Diese wurden in den letzten drei Jahren nacheinander gelöst, das neueste Paper stellt im Grunde "nur" den Beweis dar, dass man die Methoden miteinander auch kombinieren kann.

1 Wie baue ich ein Genom?
Angenommen, ich möchte ein Genom von null zusammenbauen. Das bedeutet, ich muss eine Menge DNA in einer bestimmten Sequenz synthetisieren - etwa eine Million Basenpaare für das unabdingbare Minimalgenom, plus alle neuen Gene die ich für eine bestimmte neue Funktion auch dabei haben will. Die Synthese von kurzen DNA-Strängen nach einer vorgegebenen Sequenz ist heutzutage nichts neues, das ist ein Service der von zahlreichen Firmen weltweit angeboten wird. Die für den molekularbiologischen Laboralltag unverzichtbare Methode der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) käme ohne individuell synthetisierte kurze DNA-Stücke gar nicht aus: so werden Primer gebaut! Im Grunde ist das gute, alte organische Chemie. Man baut schrittweise, immer ein Nukleotid nach dem anderen, ein langsam wachsendes DNA-Molekül zusammen. Das Problem dabei ist, dass diese Methode schon bei relativ kurzen Stücken so unzuverlässig in der Sequenz wird, dass man sie einfach nicht für große DNA-Stücke verwenden kann. Es war vor zwei Jahren eine großartige Leistung des JCVI-Teams, verlässlich und wiederholbar wenige tausend Basenpaar lange DNA-Fragmente über diese Technologie zu synthetisieren. Doch damit stehen wir vor einem Problem: Wie sollen wir ein Minimalgenom von über einer Million Basenpaaren synthetisieren, wenn das Maximum, das wir aus den Maschinen kitzeln können, rund 6000 Basenpaare sind? In dem selben Paper von 2008 berichten Gibson et al. von einer cleveren Lösung, die auf homologer Rekombination beruht. Sie unterteilten das gesamte Genom in viele kleine Stücke von ungefähr 6000 bp Länge, die sie auf die bekannte Weise synthetisieren konnten. Die Stücke waren aber so gebaut, dass die Sequenzen an den Enden immer mit dem vorhergehenden bzw. nachfolgenden Stück übereinstimmten. Dann brachten sie schrittweise diese Stücke in Hefezellen ein, die dank ihrer effizienten homologen Rekombination diese Stücke über die zueinander passenden Sequenzen miteinander verknüpften. So wurde nach und nach in Hefe das Mycoplasma-Genom aus synthetisierten Stücken gebaut.

2 Wie kriege ich ein ganzes Genom in eine Zelle?
Wir haben nun also ein ganzes Genom, das wir aber gern in einer Zelle hätten, dass die Gene dort auch abgelesen werden, und die entsprechenden Proteine hergestellt werden. Wie gesagt, es geht Venter hier nicht um ein grundsätzliches Verständnis von Abiogenese. Es ist also auch kein grundsätzliches Problem seiner Arbeit, einfach eine Mycoplasma-Zelle zu nehmen, das Genom daraus zu entfernen, und das neue Genom einzubringen. Methodisch ist das jedoch recht schwer, weil das Einschleusen von DNA in eine Zelle mit zunehmender Größe der DNA immer schlechter funktioniert. Und während das für DNA-Stücke von mehreren tausend Basenpaaren eine molekularbiologische Standardmethode ist, war es 2007 für das gesamte M. genitalium Minimalgenom (über eine Million bp) eben eine große methodische Leistung. Die vom JCVI-Team Genom-Transplantation getaufte Methode nutzt dabei in der Regel verschiedene Arten von Mycoplasmen, die man voneinander unterscheiden kann. Lartigue et al. transplantierten 2007 beispielsweise das Genom von Mycoplasma mycoides in Zellen von Mycoplasma capricolum. Die Proteine von M. capricolum sorgen dabei zunächst für das Ablesen der Gene vom M. mycoides-Genom, und werden dadurch nach und nach von diesen Genprodukten ersetzt. Nach relativ kurzer Zeit ist eine solche Zelle nicht mehr von Zellen des Genomdonors zu unterscheiden.

3 Wie mache ich ein in Hefe gebautes Genom bakterientauglich?
Eigentlich könnte man meinen, dass man nun das Rüstzeug hat, um auch synthetisierte Genome in eine Empfängerzelle zu transplantieren. Wie sich herausgestellt hat, ist das leider nicht ganz so einfach. Eine weitere molekularbiologische Standardmethode ist das Schneiden von DNA-Molekülen an bestimmten, vom Forscher gewünschten Sequenzen, was durch Restriktionsenzyme bewerkstelligt wird. Ursprünglich stammen Restriktionsenzyme aus Bakterien, die sich mit ihnen gegen fremde DNA schützen: Dringt fremde DNA (beispielsweise von einem Virus) in eine Bakterienzelle, so wird sie von dem Restriktionsenzym an bestimmten, häufig vorkommenden Stellen geschnitten, so dass viele kleine DNA-Fragmente entstehen, die dann abgebaut werden können. Die Bakterienzelle muss aber ihre eigene DNA schützen, so dass das Restriktionsenzym nicht das eigene Genom kleinschnippelt. Dazu modifiziert sie ihre eigenen Schnittstellen durch das Anhängen von Methylgruppen an Nukleotide der Schnittsequenz. Die so veränderten Nukleotide können vom Restriktionsenzym nicht mehr erkannt werden, das eigene Genom ist geschützt.

Das ist dann allerdings blöd für das JCVI-Team, denn der Hefe fehlen die Methylasen, also die bakteriellen Proteine, um die Restriktionsschnittstellen im bakteriellen Genom zu methylieren. Das in der Hefe in monatelanger mühsehliger Arbeit zusammengebaute Mycoplasmagenom wird darum nur weniger Minuten nach der Genom-Transplantation von der Mycoplasmazelle fein säuberlich zerhäckselt. Dieses spezielle Problem wurde letztes Jahr von Lartigue et al. gelöst, indem das Donor-Genom kurz vor der Transplantation mit Methylasen behandelt wurde oder indem das Gen des betreffenden Restriktionsenzyms aus dem Genom der Empfängerzelle entfernt wurde. Die so geschützte DNA konnte dann problemlos in eine Mycoplasma capricolum-Empfängerzelle transplantiert werden.

Die Masse kräftig rühren...
All diese Probleme - ein sehr großes Stück DNA sequenzgenau zusammenbauen, schützen und übertragen - wurden alle separat von Wissenschaftlern des JCVI angegangen. Vor wenigen Tagen kam dann die Belohnung für die Mühen in einem weiteren Paper, das alle neuentwickelten Methoden miteinander kombiniert. Das ist eine großartige Leistung, und all die Aufwerksamkeit in den Medien auch wert.

Wie man allerdings die Frage beantwortet, ob dabei auch neues Leben geschaffen wurde, liegt vielleicht daran, wie man sie betont. Ist es ein Organismus, der vorher nie existierte? Ja, in dieser Hinsicht ist Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 wirklich neu. Die Genomsequenz dieses Mycoplasmastamms unterscheidet sich vom natürlichen M. mycoides unter anderem durch absichtlich eingebaute "Wasserzeichen" wie ein James Joyce-Zitat. Damit haben sie gleichzeitig auch vier Stellen im Genom gezeigt, an denen man problemlos neue Sequenzen einbauen kann, ohne dessen Funktion zu stören, was wichtig für eine biotechnologische Nutzung mit neuen Genen ist. Wenn man solche eher kleinen Änderungen an der Sequenz durch Einfügen oder Entfernen von Genen als Schaffung von neuem Leben bezeichnen will, dann geschieht das täglich zigfach weltweit, und es ist somit nichts besonderes mehr. Ich finde etwas anderes viel beeindruckender: Eine Idee, die vor über 15 Jahren ihren Anfang nahm, konnte nach harter, meistens sicher auch stinklangweiliger molekularbiologischer Arbeit endlich auf die Grundlage gestellt werden, um sie jetzt auszubauen. Das Faszinierende ist deshalb meiner Meinung nach nicht die Arbeit selbst, sondern die neuen Möglichkeiten, die aus ihr erwachsen. Das J. Craig Venter Institut ist in der Lage, Bakteriengenome mit Wunschsequenz zu bauen und in Empfängerzellen zu transplantieren. Jetzt darf man gespannt sein, ob sie ihr Versprechen halten, und die Biotechnologie damit umkrempeln.

[1] Szostak versucht nach seinen Arbeiten zu homologer Rekombination und zur Telomerbiologie (für die er den Nobelpreis erhielt) momentan, von Grund auf künstliches Leben zu schaffen. Dabei geht er parallel replizierende Vesikel (anstelle von Zellmembranen), RNAs mit enzymatischer Aktivität (als Speicher- und Enyzmkombination) und die Produktion und Selektion komplett neuer Proteine an.

[2] Es gibt Parasiten mit noch kleineren Genomen. Das kommt allerdings daher, dass die Gene losgeworden sind, die für ein eigenständiges freies Überleben notwendig sind. Für die Biotechnologie sind diese Arten deshalb uninteressant, man müsste schließlich immer auch den Wirt mitkultivieren.

Gibson, D., Glass, J., Lartigue, C., Noskov, V., Chuang, R., Algire, M., Benders, G., Montague, M., Ma, L., Moodie, M., Merryman, C., Vashee, S., Krishnakumar, R., Assad-Garcia, N., Andrews-Pfannkoch, C., Denisova, E., Young, L., Qi, Z., Segall-Shapiro, T., Calvey, C., Parmar, P., Hutchison, C., Smith, H., & Venter, J. (2010). Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome Science DOI: 10.1126/science.1190719

Fraser, C., Gocayne, J., White, O., Adams, M., Clayton, R., Fleischmann, R., Bult, C., Kerlavage, A., Sutton, G., Kelley, J., Fritchman, J., Weidman, J., Small, K., Sandusky, M., Fuhrmann, J., Nguyen, D., Utterback, T., Saudek, D., Phillips, C., Merrick, J., Tomb, J., Dougherty, B., Bott, K., Hu, P., & Lucier, T. (1995). The Minimal Gene Complement of Mycoplasma genitalium Science, 270 (5235), 397-404 DOI: 10.1126/science.270.5235.397

Glass, J., Assad-Garcia, N., Alperovich, N., Yooseph, S., Lewis, M. R., Maruf, M., Hutchison III, C. A., Smith, H. O., & Venter, J. C. (2006). Essential genes of a minimal bacterium Proceedings of the National Academy of Sciences, 103 (2), 425-430 DOI: 10.1073/pnas.0510013103

Gibson, D., Benders, G., Andrews-Pfannkoch, C., Denisova, E., Baden-Tillson, H., Zaveri, J., Stockwell, T., Brownley, A., Thomas, D., Algire, M., Merryman, C., Young, L., Noskov, V., Glass, J., Venter, J., Hutchison, C., & Smith, H. (2008). Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome Science, 319 (5867), 1215-1220 DOI: 10.1126/science.1151721

Lartigue, C., Glass, J., Alperovich, N., Pieper, R., Parmar, P., Hutchison, C., Smith, H., & Venter, J. (2007). Genome Transplantation in Bacteria: Changing One Species to Another Science, 317 (5838), 632-638 DOI: 10.1126/science.1144622

Lartigue, C., Vashee, S., Algire, M., Chuang, R., Benders, G., Ma, L., Noskov, V., Denisova, E., Gibson, D., Assad-Garcia, N., Alperovich, N., Thomas, D., Merryman, C., Hutchison, C., Smith, H., Venter, J., & Glass, J. (2009). Creating Bacterial Strains from Genomes That Have Been Cloned and Engineered in Yeast Science, 325 (5948), 1693-1696 DOI: 10.1126/science.1173759

Mitochondrial Aging, progress on triple-negative breast cancer and the probability of a common ancestor are my MolBio Picks of the Week

Mon, 17 May 2010 20:53:19 +0100

It's been a while since the last edition, but this week, the MolBio Picks of the Week (usually at home over at MolBio Research Highlights) are hosted here! If you are interested in one or more of the blog posts or research papers summed up here, please check out the full posts at the respective blogs.

1. Endosymbiotic theory meets aging
Mitochondria (and chloroplasts in plants, by the way) are organelles in our cells that according to the endosymbiotic theory go back to once free-living bacteria that were taken up by the last common ancestor of the eukaryotes. During endosymbiosis, these bacterial cells brought their own genome with them, of course. Over millions of years, a lot of those formerly bacterial genes have been transferred to the nuclear genome. Fight aging! discusses a recent paper that compares the amount of transferred mitochondrial genes in several species with their life span. The result: The more mitochondrial genes were found in the nucleus, the longer the species lives. This makes sense, since

One thing to consider in this respect is that nuclear DNA is far better protected from damage than mitochondrial DNA. Indeed, one root cause of aging is that our mitochondrial DNA is battered over the years by side-effects of the chemical reactions that produce ATP. This is not a problem suffered by nuclear DNA to anywhere near the same degree.

2. One more piece in the puzzle that is triple-negative breast cancer
The Cancer Research UK Science Update blog tells us about research on triple-negative breast cancer - those cases where patients have very low levels of receptors for the hormones oestrogen and progesterone, as well as the protein HER-2. Therefore, standard treatments acting on these pathways work poorly, and alternative therapies have to be developed. A combination of clever cell culture work (I have to quote that section below) and gene expression tests in triple negative cancer cells from patients found a gene called 53BP1 at the center. And it is connecting BRCA1, a gene responsible for hereditary forms of breast cancer, with p53, the so-called 'guardian of the genome'.

To start with, the team studied laboratory-grown cells that lacked BRCA1. Although it seems a bit counter-intuitive (as BRCA1 is associated with cancer), these cells actually don't grow very well because they can't repair damage to their DNA. But, unlike these 'artificial' BRCA1-less cells, cancer cells with faulty BRCA1 also have faults in other genes that allow them to compensate, so they ignore DNA damage and grow out of control.

The scientists used a clever technique (called "insertional mutagenesis") to randomly 'hit' genes in these BRCA1-deficient cells, stopping them from working, then looked for cells that started growing well. They discovered that when a gene called 53BP1 was damaged, in addition to faulty BRCA1, then the cells grew vigorously.

3. There is a LUCA after all
Douglas Theobald was interested in quantitative evidence addressing the probable origin of life on earth. Even back to Darwin, it was generally thought that all organisms go back to one common ancestor sometimes called LUCA (last universal common ancestor). But a lot of research in recent years showed that horizontal gene transfer (HGT) is widespread at least in prokaryotes. This could mean that instead of one common ancestor, there could have been several all interconnected by HGT. I should point out here that the question of one or more ancestors at the start of life does not have any influence on the processes happening afterwards, e.g. evolutionary theory. Code for Life writes about a recent paper by Theobald trying to find the probabilities of several models of ancestry. And it seems, at least from this paper, that a single common ancestor is much more probable than all the other models that were tested.

Using a model with the proteins taken together as a group (i.e. not considering horizontal gene transfer), a model with single ancestor was very strongly favoured despite that the proteins that have a HGT ancestry might confound the analysis.

When tested using a model that allowed the proteins in each class of life to evolve independently of the other, hence allowing for HGT events to be accounted for, this most often more strongly supported the model of a single common ancestor than the previous models.

Thus, this work does not argue against a "web" with extensive horizontal transfer in the earlier stages of the evolution of life; it strongly suggests is that such an initial web of life would arise from a single ancestry.

These are just some of the great posts on peer-reviewed science that appeared at researchblogging.org over the last week!

Eine Bitte an meine deutschsprachigen Leser: Wenn möglich, versucht bitte auf Englisch zu kommentieren, dass alle folgen können! Es geht dann hier auch wieder auf Deutsch im nächsten Post weiter, versprochen!

Muradian KK, Lehmann G, & Fraifeld VE (2010). NUMT ("new mighty") hypothesis of longevity. Rejuvenation research, 13 (2-3), 152-5 PMID: 20462381

Bouwman, P., Aly, A., Escandell, J., Pieterse, M., Bartkova, J., van der Gulden, H., Hiddingh, S., Thanasoula, M., Kulkarni, A., Yang, Q., Haffty, B., Tommiska, J., Blomqvist, C., Drapkin, R., Adams, D., Nevanlinna, H., Bartek, J., Tarsounas, M., Ganesan, S., & Jonkers, J. (2010). 53BP1 loss rescues BRCA1 deficiency and is associated with triple-negative and BRCA-mutated breast cancers Nature Structural & Molecular Biology DOI: 10.1038/nsmb.1831

Theobald, D. (2010). A formal test of the theory of universal common ancestry Nature, 465 (7295), 219-222 DOI: 10.1038/nature09014

Hello Schröddy

Fri, 02 Apr 2010 18:55:17 +0100

Nicht wirklich meine Farbe, und auch nicht mein Schnitt. Schade. Wer bei ThinkGeek ist auf die Idee gekommen, dieses Hello Schröddy Shirt wollen nur Frauen anziehen? Naja, wenn schon ich das nicht kaufen kann, dann vielleicht wenigstens ein paar meiner Leserinnen!

Ich hab ja noch überlegt, ob ich den Witz erklären muss, dachte aber dass die Leser hier schon mal was von Schrödingers Katze gehört haben sollten. Und dann fällt mir ein: Können alle die Verbindung zum Schleifchen ziehen? ;-)

via den Couchpotatoes Podcast.

Die Leiden des jungen (reisenden) Wissenschaftlers

Tue, 30 Mar 2010 23:13:56 +0100

Zuerst einmal: Falls wer schon gehofft hat - nein, ich bin nicht von einem Berglöwen erwischt worden! Ich bin nur wieder im Ausland unterwegs, und in den wenigen Tagen zwischen Kalifornien und meinem aktuellen Trip war so viel zu tun, dass einfach keine Zeit fürs Bloggen war. Die aktuelle Reise hat mich nach England geführt, genauer zum Wellcome Trust Genome Campus in Hinxton südlich von Cambridge. Dort befindet sich das European Bioinformatics Institute (das, um ganz genau zu sein eigentlich nur eine sog. Outstation des European Molecular Biology Laboratory ist, das sich ganz in der Nähe meines Arbeitsplatzes in Heidelberg befindet), und dort nehme ich am Workshop "Plant Bioinformatics" teil. Hier geht es allerdings nicht wirklich um Programmieren, Perl und R (das überlasse ich dann lieber Emanuel), sondern um das Kennenlernen der vielen Datenbanken und Werkzeuge, die am EBI angeboten werden, um sie im Arbeitsalltag effizienter einsetzen zu können.

In diesem Post soll es aber um etwas anderes gehen, nämlich meine Anreise nach England. Wer keine Rants lesen will hört am Besten hier auf.

Als Angesteller einer öffentlichen Einrichtung wie einer Uni, besonders als kleiner Doktorand, hält man sich besser an die Regeln, die für Dienstreisen aufgestellt werden. Das bedeutet unter anderem, nicht die Lieblingsfluglinie zu nehmen, sondern die für die Reise günstigste Variante. In meinem Fall bedeutete dies: Flughafen Karlsruhe nach Flughafen Stansted mit Ryanair. Na gut, das war nicht so schlimm, ich kann mit öffentlichen Verkehrsmitteln bis zum Flughafen fahren, und als Student habe ich eine netzweite Fahrkarte. Von Stansted nach Hinxton ist es dann auch nicht mehr weit. Und da der Workshop Montags beginnt, könnte ich doch schon Samstags fliegen, den Sonntag in London verbringen und dann nach Hinxton fahren - perfekt!

Und jetzt kommt das Problem: Anstatt wirklcih wie gebucht Samstags zu fliegen, ging der Flug erst Sonntag mittags, weil Ryanair ganz offensichtlich einen Scheiß auf seine Kunden gibt. Doch der Reihe nach: Samstag abend, geplanter Abflug 18:50 Uhr. Alle Passagiere sitzen im Flugzeug, alles ist fertig für den Start, sogar die Sicherheitsbelehrungen wurden schon durchgeführt. Doch das Flugzeug bewegt sich nicht. Nach ungefähr 10 Minuten meldet sich dann der Kapitän (umschrieben): "Wir haben ein kleines technisches Problem mit dem rechten Triebwerk, wir wissen noch nicht ob sie vielleicht alle aussteigen müssen oder nicht." Natürlich müssen wir raus. Später höre ich dann von Leuten, die auf der rechten Seite des Flugzeugs saßen, dass zu der Zeit, als der Kapitän diese Durchsage machte, das Triebwerk heftigst qualmte, und die Flughafenfeuerwehr mit einem Löschzug und bereitgehaltenen Schläuchen drumherum stand.
Wir sind also wieder im Flughafengebäude. Uns wird gesagt, das Triebwerk wird repariert, und der neue Abflugzeitpunkt ist ca. 23:30 Uhr - fast fünf Stunden später als geplant! Laut europäischen Flugrichtlinien hat man als Fluggast bereits nach 2 Stunden Verspätund das Recht auf Essen, Getränke und ein Hotelzimmer. Also haben wir nach Essen und Getränken gefragt. Aber nein - wir werden erst nach Ablauf von 2 Stunden etwas bekommen, auch wenn jetzt schon absolut sicher feststeht, dass die Verspätung länger als zwei Stunden sein wird. Nach ungefähr 2,5 Stunden (genau...) haben wir dann Gutscheine für Verpflegung bekommen - über 5 Euro...
23:30 Uhr ist schon vorbei, kein Mensch kommt auf die Idee uns irgendetwas mitzuteilen. Gegen Mitternacht dann die Durchsage: An diesem Flughafen gibt es ein Nachtflugverbot, wir dürfen nicht mehr fliegen. Der neue Abflugzeitpunkt ist Sonntag, 12 Uhr. Okay, also in welchen Hotels werden wir untergebracht? Achso, in gar keinem! (auch wenn das europäische Regelungen vorschreiben...) Nein, Ryanair ist so großzügig, wir dürfen im Flughafengebäude bleiben, das normalerweise über Nacht geschlossen wird, und schlafen dürfen wir auf dem Boden. Dafür kriegen wir eine kleine Isomatte und eine dünne Decke. Naja, ein paar Leute jedenfalls. Ich hätte keine Decke mehr bekommen, weil nur 25 davon vorhanden waren! Heimfahren ist nicht, weil so spät keine öffentlichen Verkehrsmittel mehr fahren, die Leute sitzen am Flughafen fest. Ich hatte noch ein wenig Glück, meine Schwester holte mich mitten in der Nacht vom Flughafen ab, und ich konnte die Nacht in einem richtigen Bett verbringen. Das bedeutete aber zwei ungeplante Fahrten zum Flughafen, ungefähr eine Stunde Fahrzeit in der einfachen Strecke.
Zum "Frühstück" gab es dann nochmal großzügige 5 Euro von Ryanair (also insgesamt 10 Euro für eine Verspätung von mehr als 17 Stunden!), und der Flug ging tatsächlich um 12. Bis ich dann Nachmittags in Stansted war, konnte ich mir allerdings den Tag in London sparen, ich fuhr direkt nach Hinxton. Die Übernachtung in London von Samstag auf Sontag, für die ich schon gezahlt hatte, war auch verloren.

Warum schreibe ich das alles? Weil ich sauer bin, natürlich. Aber auch, weil Ryanair meint, sich nicht an ziemlich deutlich formulierte Regelungen halten zu müssen, was Flugausfälle und Verspätungen angeht. In Frankfurt Hahn sind viele Flugzeuge von Ryanair stationiert, in Stuttgart wie ich hörte ebenso. Selbst wenn also die Reparatur bis 23:30 Uhr geklappt hätte, in kürzerer Zeit hätte ein Ersatzflugzeug nach Karlsruhe geflogen werden können. Ryanair wollte das offensichtlich nicht. Also lassen wir unsere Fluggäste fast einen ganzen Tag warten. Und in so einer Situation nicht mal die grundlegendsten Mittel zur Verfügung zu stellen, ist einfach unter aller Sau. Ich nehme an, es ist insgesamt billiger, ein paar wenige Nachforderungen zu bezahlen, als jedem Fluggast das zu geben, was ihm nach europäischen Regelungen zusteht. Ich habe glücklicherweise, weil es sich um eine Dienstreise handelt, die Rechtsabteilung des KIT hinter mir. Ich werde also den Sachverhalt weitergeben, und auf eine schmerzhafte Strafe für Ryanair hoffen. Doch selbst wenn daraus nichts wird, ich habe nun eine gute Begründung, warum ich mit dieser Fluglinie nicht mehr fliegen werde, sondern teurere Alternativen wähle. Und ein paar der Leser hier kann ich hoffentlich auch überzeugen, dass sie lieber freiwillig ein paar Euro mehr zahlen, als sich so einer Tortur auszusetzen.