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Alltag und Philosophie - Im Alltag liegen Weisheit und Liebe verborgen …


Trans­po­si­ti­ons­ele­men­te – Die Ent­de­ckung Bar­ba­ra McClin­tocks

In den 1940er Jah­ren stell­te Bar­ba­ra McClin­tock fest, dass die Gene nicht alle fest im Erb­gut ver­an­kert lie­gen, son­dern sie konn­te zei­gen, dass es soge­nann­te „sprin­gen­de Gene“ gibt, die mit­hin ihren Ort und damit auch die Struk­tur des Genoms ver­än­dern. Eng­lisch hei­ßen die­se popu­lär abge­kürzt trans­po­sons für trans­po­sable ele­ments, auf Deutsch wird von Trans­po­si­ti­ons­ele­men­ten gespro­chen.

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Wohl auch durch eige­ne Pro­ble­me mit der ver­ständ­li­chen Dar­stel­lung ihrer Expe­ri­men­te an Mais­pflan­zen, vor allem aber wegen der Neu­heit und unge­wöhn­li­chen Sicht­wei­se ihrer Auf­fas­sung wur­de ihre Posi­ti­on in der sci­en­ti­fic com­mu­ni­ty höchs­tens als „ver­rückt“ klas­si­fi­ziert, zumeist aber ganz tot­ge­schwie­gen. Aller­dings stell­te sich bei For­schun­gen jen­seits von Mais her­aus, dass es auch anders­wo so etwas geben muss, sodass McClin­tocks Theo­rie schließ­lich aner­kannt wur­de und sie 1983 den Nobel­preis in Medi­zin bzw. Phy­sio­lo­gie erhielt. Aus der Nobel­preis­re­de hier die Ein­lei­tungs­pas­sa­ge, wel­che die wesent­li­che The­se ihrer For­schun­gen knapp zusam­men­fasst:

Ein Expe­ri­ment, das ich in der Mit­te der 1940er Jah­re durch­führ­te, mach­te mich offen für die Erwar­tung, dass ein Genom unge­wöhn­li­che Reak­tio­nen auf sol­che Her­aus­for­de­run­gen zei­gen könn­te, denen das Genom nicht auf eine ord­nungs­ge­mä­ße, pro­gram­mier­te Wei­se begeg­nen kann. Bei den meis­ten bekann­ten Fäl­len die­ser Art waren die Reak­tio­nen nicht als Fort­schritt der Beob­ach­tung ihrer Anfän­ge vor­aus­sag­bar. Es war not­wen­dig, das Genom wie­der­holt der glei­chen Her­aus­for­de­rung zu unter­wer­fen, um die Natur der­je­ni­gen Ver­än­de­run­gen zu beob­ach­ten und zu erfas­sen, die es erzeugt. Ver­trau­te Bei­spie­le sol­cher Her­aus­for­de­run­gen sind die Her­vor­ru­fung von Muta­tio­nen durch Rönt­gen­strah­len und durch bestimm­te muta­ge­ne [erb­gut­schä­di­gen­de] Agen­zi­en. Im Kon­trast zu sol­chen „Schocks“, auf die das Genom unvor­be­rei­tet ist, ste­hen die­je­ni­gen, auf die das Genom wie­der­holt reagie­ren muss. Dar­auf ist es vor­be­rei­tet und reagiert ent­spre­chend auf pro­gram­mier­te Wei­se. Bei­spie­le für der­ar­ti­ge „Schocks“ sind die „Hit­ze­s­chocks“ bei euka­ryo­ti­schen Orga­nis­men und die „SOS“-Reaktionen bei Bak­te­ri­en. Bei­de star­ten eine ganz stark pro­gram­mier­te Fol­ge von Ereig­nis­sen in der Zel­le, wel­che dazu dient, die Wir­kun­gen des Schocks zu dämp­fen. Bei die­sen Fäl­len muss ein sen­so­ri­scher Mecha­nis­mus vor­han­den sein, um die Zel­le vor dro­hen­der Gefahr zu war­nen und die ord­nungs­ge­mä­ße Fol­ge von Ereig­nis­sen aus­zu­lö­sen, wel­che die­se Gefahr ent­schärft. Die Reak­tio­nen des Genoms auf uner­war­te­te Her­aus­for­de­run­gen sind nicht der­art genau pro­gram­miert. Gleich­wohl wer­den die­se sen­so­risch erfasst. Und das Genom reagiert auf eine erkenn­ba­re, frei­lich anfäng­lich unvor­her­seh­ba­re Wei­se.

Der Zweck der fol­gen­den Erör­te­rung besteht dar­in, eini­ge Beob­ach­tun­gen mei­ner frü­hen For­schun­gen zu betrach­ten, die pro­gram­mier­te Reak­tio­nen auf Bedro­hun­gen offen­leg­ten, wel­che im Genom selbst initi­iert wer­den, dazu auch sol­che, die ähn­lich initi­iert wer­den, aber zu neu­en und irrever­si­blen Modi­fi­ka­tio­nen des Genoms füh­ren. Die letz­te­ren Reak­tio­nen, von denen man jetzt weiß, dass sie bei vie­len Orga­nis­men auf­tre­ten, sind für den Sach­ver­halt signi­fi­kant, dass und wie ein Genom sich reor­ga­ni­siert, wenn es auf eine Schwie­rig­keit trifft, auf die es nicht vor­be­rei­tet ist.“ (McClin­tock 1983, 180)

McClin­tocks Text ist phi­lo­so­phisch höchst inter­es­sant. Behan­delt sie doch dar­in das Krea­ti­vi­täts­pro­blem. Die­ses liegt ihres Erach­tens nicht nur beim Den­ken oder Han­deln vor, wenn bestehen­de Regeln auf unvor­her­seh­ba­re Wei­se abge­än­dert oder gebro­chen wer­den. Nach ihren For­schun­gen gibt es der­ar­ti­ge Krea­ti­vi­tät auch im Genom. Bei ihren Mais­pflan­zen lie­ßen sich mit­hin

  • pro­gram­mier­te Reak­tio­nen von sol­chen unter­schei­den,
  • die nicht pro­gram­miert waren und auch nicht vor­her­ge­se­hen wer­den konn­ten, als man deren Anfän­ge beob­ach­te­te.

Die­se Unter­schei­dung ist wich­tig, um McClin­tocks Text zu ver­ste­hen. Es las­sen sich „pro­gram­mier­te“ Reak­tio­nen von sol­chen unter­schei­den, die nicht „pro­gram­miert“ sind. „Pro­gram­miert“ besagt, es besteht eine geschlos­se­ne Fol­ge von Regeln, die Ereig­nis­se bestim­men, wie das beim „Hit­ze­s­chock“ der Fall ist, wenn Lebe­we­sen mit Zell­kern die­sem aus­ge­setzt sind. Hier­bei wer­den gene­tisch Hit­ze­s­chock­pro­te­ine gebil­det.  Die­je­ni­gen Reak­tio­nen, die nicht pro­gram­miert waren, tra­ten auf, als McClin­tock ihre Mais­pflan­zen Rönt­gen­strah­len aus­setz­te.

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Die­se „Her­aus­for­de­rung“ des Genoms führ­te dazu, dass das Genom sich so umbau­te, wie sich dies am Phä­no­typ der ver­schie­den­far­bi­gen Mais­pflan­zen gut zei­gen lässt. Die­se sind Nach­kom­men der bestrahl­ten Pflan­zen.

Dabei wird die

  • kon­ser­va­ti­ve Trans­po­si­ti­on von der
  • repli­ka­ti­ven Trans­po­si­ti­on unter­schie­den.

Bei der „kon­ser­va­ti­ven“ Trans­po­si­ti­on wird das Trans­po­si­ti­ons­ele­ment aus der DNA her­aus­ge­schnit­ten und an ande­rer Stel­le wie­der ein­ge­baut. Bei der „repli­ka­ti­ven“ Trans­po­si­ti­on wird das Trans­po­si­ti­ons­ele­ment kopiert, also ver­viel­fäl­tigt und eben­falls an ande­rer Stel­le in die DNA ein­ge­baut. An bei­den Vor­gän­gen ist das Enzym Trans­po­sa­se betei­ligt. Nach der „Sequen­zie­rung des mensch­li­chen Genoms“ scheint fest­zu­ste­hen, dass ca. 45 % des mensch­li­chen Genoms aus der­ar­ti­gen Trans­po­si­ti­ons­ele­men­ten bestehen.

Im Klar­text: Die Chro­mo­so­men­struk­tur in einem Genom wird durch krea­ti­ven Umbau ange­sichts bestimm­ter „Schocks“, „Her­aus­for­de­run­gen“ oder „Stres­so­ren“ ver­än­dert. Das steht nach den Expe­ri­men­ten McClin­tocks und deren Bestä­ti­gung in der For­schung fest. McClin­tock ent­deck­te bei­spiels­wei­se, dass eini­ge Nach­kom­men über die dop­pel­te Men­ge eines bestimm­ten Gens ver­füg­ten, wäh­rend die­ses bei ande­ren Nach­kom­men nicht aktiv war (vgl. Bau­er 2008, 28f). McClin­tock zufol­ge kommt dies durch die Zel­le selbst zustan­de: „Zel­len tref­fen wei­se Ent­schei­dun­gen und befol­gen die­se“ (1983, 184). Wie dies wohl gesche­hen könn­te, wer­den wir in der über­nächs­ten und der dar­auf fol­gen­den Sit­zung bespre­chen.

McClin­tock inter­pre­tiert ihre Expe­ri­men­te mit­hin so, dass sie der Zel­le eine Selbst­re­fe­renz, eine Selbst­be­züg­lich­keit zuschreibt, die es die­ser ermög­licht, das Genom ange­sichts von Stres­so­ren in der Umwelt des Orga­nis­mus so zu akti­vie­ren, dass es sich selbst über Umgrup­pie­rungs­pro­zes­se unter den Genen ver­än­dert. Es han­delt sich nicht ein­fach um einen kau­sa­len Pro­zess von außen nach innen, etwa: Die Rönt­gen­strah­len schä­di­gen das Genom. McClin­tock sieht das erheb­lich kom­ple­xer. Die Rönt­gen­strah­len wer­den vom Orga­nis­mus als Stres­sor wahr­ge­nom­men, sodass die Zel­le das Genom so akti­viert, dass es sich selbst ver­än­dert. Wir haben also meh­re­re agie­ren­de Zen­tren, min­des­tens drei:

  • Stres­sor“ (Rönt­gen­strah­len);
  • Zel­le im gesam­ten Orga­nis­mus;
  • sich selbst ver­än­dern­des Genom.

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Info:
Trans­po­si­ti­ons­ele­men­te – Die Ent­de­ckung Bar­ba­ra McClin­tocks ist Beitrag Nr. 1386
Autor:
Martin Pöttner am 31. Oktober 2009 um 18:01
Category:
Biologie,Genom,Mensch und Universum,Was ist der Mensch?
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