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Biologie: Der bioelektrische Kode

Spannungsmuster in Zellen und Geweben können die Entwicklung von Organismen lenken, beeinflussen die Krebsentstehung und eröffnen neue Perspektiven in der Reproduktionsmedizin. Bisher ist das Forschungsfeld jedoch weit gehend unbekannt.
zusätzliches Auge bei Xenopus-Kaulquappen

Wie entwickelt sich aus einer einzigen befruchteten Eizelle ein komplexer Organismus, bei dem alle Gliedmaßen und Organe an der richtigen Stelle liegen? Wie findet jede Art dabei ihre spezifische Gestalt? Die Antwort der Entwicklungsbiologen lautet: Die genetischen Ausgangsbedingungen für die einzelnen Entwicklungsschritte sind immer gleich. Forscher kennen inzwischen eine Vielzahl genetischer und epigenetischer Signalwege, über die einzelne Zelltypen entstehen. Sie alle beschreiben die molekulare Kommunikation benachbarter Zellen. Doch wenn es darum geht, eine spezifische Gestalt zu bilden und diese Form aufrechtzuerhalten, ist der Organismus als Ganzes gefordert.

Michael Levin von der Tufts University in Boston sucht nach den übergreifenden Koordinationsmechanismen von Organismen und glaubt sie in ihrem bioelektrischen Kode gefunden zu haben: Spezifische Spannungsverhältnisse bergen demnach Informationen über die Entwicklung und Eigenschaften von Geweben. Er forscht damit auf einem in der wissenschaftlichen Gemeinde wenig bekannten Gebiet.

Die Tatsache, dass der bioelektrische Ansatz außerhalb seines Labors noch kaum verfolgt wird, sieht Levin allerdings nüchtern. "Die Werkzeuge zur genetischen und molekularbiologischen Analyse und Manipulation sind mittlerweile so bewährt, dass heutige Forschung auch in Bereichen, in denen es um Fragen der Gestaltbildung des Organismus geht, in erster Linie auf diese zurückgreift." Fragen der Entwicklungsbiologie, der regenerativen Medizin oder der Krebsforschung werden heute üblicherweise anhand der Entwicklung einzelner Zellen untersucht. Nach Ansicht von Levins Team können jedoch auch bioelektrische Muster zu ihrer Beantwortung beitragen. ...

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  • Quellen

Pai, V. P. et al.: Transmembrane Voltage Potential Controls Embryonic Eye Patterning in Xenopus Laevis. In: Development 139, S. 313 - 323, 2012

Shomrat, T., Levin, M.: An Automated Training Paradigm Reveals Long-term Memory in Planarians and its Persistence Through Head Regeneration. In: Journal of Experimental Biology 216, S. 3799 - 3810, 2013

Sundelacruz, S., Levin, M., Kaplan, D. L.: Depolarization Alters Phenotype, Maintains Plasticity of Predifferentiated Mesenchymal Stem Cells. In: Tissue Enginering Part A. 19, S. 1889 - 1908, 2013

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