Zellkommunikation nach Art der EU
Neue Ansätze in Richtung Zellkommunikationssysteme, die Bausteine biologischer Computer bilden sollen, sind das Ziel der harten Entwicklungsarbeit europäischer Forscher. Die Vision vom lebenden, biologischen Rechner ist den unser Leben beeinflussenden Unzulänglichkeiten gewidmet. Die Forscher sehen hier neue Chancen für die Entwicklung innovativer Methoden der Behandlung von Krankheiten. Die Wissenschaftler des Projekts CELLCOMPUT ("Biological computation built on cell communication systems") befassen sich mit der Frage, auf welche Weise komplexe Vorrichtungen, die aus zwei, drei oder mehr manipulierten Zellen bestehen, gestaltet und entworfen werden können, und sind dabei, Bausteine für solche Bauelemente zu bilden. CELLCOMPUT erhielt 1,72 Mio. EUR innerhalb des Themenbereichs "Neue und aufkommende wissenschaftliche und technologische Entwicklungen" (NEST) des Sechsten EU-Rahmenprogramms (RP6). Die CELLCOMPUT-Forscher betrachten einen Informationsaustausch zwischen genetisch veränderten Zellen als möglich. Sie gehen so weit, sie als Mikroprozessoren zu beschreiben. Die Forscher unter Führung der Universität Göteborg in Schweden haben große Fortschritte bei komplexen Systemen erzielt, die in Zukunft realisiert werden können und eigene Körperzellen dabei unterstützen sollen, unsere Gesundheit zu erhalten. Die Forschungsarbeit wurde vor kurzem in der Fachzeitschrift Nature präsentiert. Die Forschergruppe verwendete Hefezellen, um auf Basis genregulierter Kommunikation zwischen den Zellen synthetische Schaltkreise zu erzeugen. Sie veränderten diese Zellen gentechnisch, sodass sie auf Grundlage festgelegter Kriterien ihre Umgebung "wahrnehmen" und mittels Sekretion von Substanzen wiederum Signale an andere Hefezellen senden können. Das Team vergleicht die Kombination dieser verschiedenen Zellen mit dem Zusammensetzen von LEGO-Steinen, wobei quasi immer kompliziertere Schaltungen entstehen. Die Forscher konnten so mithilfe von genetisch unterschiedlich modifizierten Hefezellen komplexe "elektronische" Funktionen realisieren. "Auch wenn modifizierte Zellen nicht die gleiche Arbeit leisten können wie ein echter Computer, so ebnet unsere Studie doch den Weg zum Bau komplexer Konstruktionen aus diesen Zellen", erklärte Kentaro Furukawa, Koautor der Studie vom Fachbereich für Zell- und Molekularbiologie der Universität Göteborg. "Für die Zukunft erwarten wir, dass es möglich sein wird, ähnliche Zell-Zell-Kommunikationssysteme im menschlichen Körper einzusetzen, um Veränderungen im Gesundheitszustand zu erkennen, Krankheiten in einem möglichst frühen Stadium zu bekämpfen oder als Biosensoren zum Einsatz zu kommen, die Schadstoffe in Verbindung mit unseren Möglichkeiten zum Abbau toxischer Substanzen in der Umwelt erkennen." Es werden in-silico-Zellen entworfen, die es ermöglichen, in einer vorhersehbaren Angelegenheit derart zu kommunizieren, dass Systeme zum Informationsaustausch gebildet werden. Den Wissenschaftlern zufolge ist die synthetische Biologie gerade erst dabei, in der Welt der Forschung eine Nische zu finden. Eine Anwendung sei die Gestaltung biologischer Systeme, die man in der Natur in dieser Form nicht vorfindet. Anzumerken ist, dass bisherige Studien zur Entwicklung verschiedener künstlicher Verbindungen zwischen gentechnisch veränderten Zellen - zum Beispiel Oszillatoren, Sensoren und Schutzschaltern - erfolgreich waren. Etliche dieser künstlichen Netzwerke könnten sowohl in medizinischen als auch industriellen Anwendungen, etwa in der Biosensorik, Bioremediation (Einsatz des Stoffwechsels von Mikroorganismen, um Schadstoffe zu entfernen) sowie in der Landwirtschaft zum Einsatz kommen. Die Forscher wiesen allerdings darauf hin, dass trotz der diesen künstlichen Verbindungen innewohnenden enormen Potenzialen derzeit technische Grenzen vorhanden seien, was vor allem auf künstliche Systeme in einzelnen Zellen zurückzuführen sei, die nicht wie erwartet funktionierten. Weitere Beiträge zu dieser Studie leisteten Forscher aus Deutschland und Spanien.Weitere Informationen unter: Universität Göteborg: http://www.gu.se/english(öffnet in neuem Fenster) CELLCOMPUT: http://complex.upf.es/~ricard/CELLCOMPUT.html(öffnet in neuem Fenster) Nature: http://www.nature.com/(öffnet in neuem Fenster)
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