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Portal Wissen = Wege
(2015)
Wie Merkmale von Generation zu Generation weitervererbt werden, wie sich die Erbinformation dabei durch Mutationen verändert und somit zur Ausprägung neuer Eigenschaften und der Entstehung neuer Arten beiträgt, sind spannende Fragen der Biologie. Genetische Differenzierung führte im Laufe von Jahrmillionen zur Ausbildung einer schier unglaublichen Artenvielfalt. Die Evolution hat viele Wege beschritten. Sie hat zu großartiger natürlicher Biodiversität geführt – zu Organismen, die an sehr unterschiedliche Umwelten angepasst sind und zum Teil eine ulkige Gestalt haben oder ein merkwürdiges Verhalten zeigen. Aber auch die von Menschenhand gemachte Biodiversität ist überwältigend – man denke nur an die 10.000 verschiedenen Rosensorten, die uns entzücken, oder die Myriaden unterschiedlicher Weizen-, Gerste- oder Maisvarianten; Pflanzen, die allesamt früher einmal einfache Gräser waren, uns heute aber ernähren. Wir Menschen schaffen eine eigene Biodiversität, eine, die die Natur selbst nicht kennt. Und wir „fahren“ gut damit. Dank der Genomforschung können wir heute die gesamte Erbinformation von Organismen in wenigen Stunden bis Tagen aus- lesen. Sehr viel länger dauert es aber, die zahlreichen Abschnitte eines Genoms funktionell zu kartieren.
Die Wissenschaftler bedienen sich dazu vielfältiger Methoden: Dabei gehört es heute weltweit zum Standardrepertoire, Gene gezielt zu inaktivieren oder zu aktivieren, ihren Code zu modifizieren oder Erbinformationen zwischen Organismen auszutauschen. Dennoch sind die Wege, die zur Erkenntnis führen, oft verschlungen. Nicht selten müssen ausgeklügelte experimentelle Ansätze gewählt werden, um neue Einsichten in biologische Prozesse zu gewinnen.
Mit den Methoden der Genomforschung können wir nicht nur das erkunden, was sich in der Natur „da draußen“ findet. Wir können auch fragen: „Wie verhält sich ein Lebewesen, beispielsweise ein Moos, eigentlich, wenn wir es zur International Space Station (ISS) schicken? Und können wir daraus Kenntnisse gewinnen über die Anpassungsstrategien von Lebewesen an harsche Umweltbedingungen oder gar für eine spätere Besiedlung des Mondes oder des Mars´?“ Oder können wir mithilfe der synthetischen Biologie Mikroorganismen präzise, quasi am Reißbrett geplant, so verändern, dass neue Optionen für die Behandlung von Krankheiten und für die Herstellung innovativer biobasierter Produkte entstehen? Die Antwort auf beide Fragen lautet eindeutig: Ja! (Wenngleich ein Umzug auf andere Planeten derzeit natürlich nicht vornan steht.).
Landnutzung durch den Menschen bestimmt die Biodiversität. Andererseits tragen Organismen zur landschaftlichen Formenbildung bei und beeinflussen über kurz oder lang die Zusammensetzung unserer Atmosphäre. Auch hier gibt es spannende Fragen, mit denen sich die Forschung beschäftigt.
Um neue Erkenntnisse zu gewinnen, müssen Forscher immer wieder neue Wege einschlagen. Oft kreuzen sich auch Pfade. So war es beispielsweise vor wenigen Jahren noch kaum absehbar, wir stark die ökologische Forschung beispielsweise von den schnellen DNA-Sequenziermethoden profitieren würde, und die Genomforscher unter uns konnten kaum erahnen, wie die gleichen Techniken uns neue Möglichkeiten an die Hand geben sollten, die hochkomplexe Regulation in Zellen zu untersuchen und für die Optimierung biotechnologischer Prozesse zu nutzen.
Beispiele aus den vielfältigen Facetten der biologischen Forschung finden Sie – neben anderen interessanten Beiträgen – in der aktuellen Ausgabe von „Portal Wissen“. Ich wünsche Ihnen eine anregende Lektüre!
Prof. Dr. Bernd Müller-Röber
Professor für Molekularbiologie
Portal Wissen = Paths
(2015)
How traits are inherited from one generation to the next, how mutations change genetic information and consequently contribute to the development of new characteristics and emergence of new species – all these are exciting biological questions. Over millions of years, genetic differentiation has brought about an incredible diversity of species. Evolution has followed many different paths. It has led to an awesome natural biodiversity – to organisms that have adapted to very different environments and are sometimes oddly shaped or behave strangely. Humanmade biodiversity is stunning, too. Just think of the 10,000 rose varieties whose beauty delights, or the myriad wheat, barley, and corn variations; plants that had all once been plain grasses feed us today. We humans create our own biodiversity unknown to nature. And it is serving us well.
Thanks to genome research we are now able to read the complete genetic information of organisms within a few hours or days. It takes much longer, however, to functionally map the many genomic sequences. Researchers achieve this through various methods: Activating or deactivating genes systematically, modifying their code, and exchanging genetic information between organisms have become standard procedures worldwide. The path to knowledge is often intricate, though. Elaborate experimental approaches are often necessary to gain insight into biological processes.
Methods of genomic research enable us to investigate not only what is “out there” in nature, but also to ask, “How does a living organism, like a moss, react when sent to the International Space Station (ISS)? Can we gain knowledge about the adaptation strategies of living beings in harsh environmental conditions or even for colonizing the Moon or Mars?” Can we use synthetic biology to precisely alter microorganisms, planned on a drawing board so to speak, to create new options for treating diseases or for making innovative biology-based products? The answer to both questions is a resounding Yes! (Although moving to other planets is not on our present agenda.) Human land use determines biodiversity. On the other hand, organisms influence the formation of landscapes and, sooner or later, the composition of our atmosphere. This also leads to exciting scientific questions. Researchers have to strike new paths to reach new conclusions. Paths often cross other paths. A few years ago it was still unforeseeable that ecological research would substantially benefit from fast DNA sequencing methods. Genome researchers could hardly assume that the same techniques would lead to new possibilities for examining the highly complex cellular regulation and optimizing biotechnological processes.
You will find examples of the multi-faceted research in biology as well as other very interesting articles in the latest edition of Portal Wissen. I wish you an enjoyable read!
Prof. Dr. Bernd Müller-Röber
Professor of Molecular Biology
Narrow channels with polar walls are the structural and functional features responsible for the high capacity of a zinc-organic framework based on an imidazolate-amide-imidate ligand for the uptake of H2 and CO2 (see structure: orange Zn, blue N, red O, dark gray C, light gray H). The rigid and stable chelating ligand was synthesized in situ by partial hydrolysis of a dicyanoimidazole compound.