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30.06.2007
   Getüpfelte Zellen
 


Tüpfel sind Aussparungen in den Zellwänden pflanzlicher Vielzeller. Sie erlauben Verbindungen zwischen einzelnen Zellen, die verschiedene Aufgaben haben können, wie zum Beispiel den Wassertransport bei Tracheiden, Nährstoffaustausch oder Kommunikation zwischen Zellen.

An einem Tüpfel findet man keine Sekundärwand. Die Schließhaut eines Tüpfels besteht aus Mittellamelle und der von beiden Seiten aufliegenden Primärwand. Die Schließhaut ist im Bereich der Tüpfel durch Plasmodesmen durchsetzt.

Bei Pinaceae besteht ein Tüpfel sogar nur noch aus cellulosen Mikrofibrillen. Das nicht-celluläre Material der Mittellamelle und der Primärwand wurde aufgelöst.

Man unterscheidet zwischen einfachen Tüpfeln und Hoftüpfeln:

Einfache Tüpfel haben auf beiden Seiten eine Öffnung (Porus) mit einem verbindenden Kanal (Tüpfelkanal). In der Mitte des Kanals befindet sich die Schließhaut (Tüpfelmembran).

Hoftüpfel folgen dem gleichen Aufbau wie einfache Tüpfel, haben aber eine Vergrößerung des Innenraumes im Bereich der Schließhaut, der nur am Porus wieder verengt ist. Bei den Nadelhölzern aus der Familie der Pinaceae ist die Mitte der Schließhaut verdickt (Torus) und damit für Flüssigkeiten undurchlässig. Der Austausch zwischen den Zellen findet damit nur an den äußeren, nicht verdickten Teilen der Schließhaut (Margo) statt. Der Torus ist mit seiner Größe in der Lage den Porus zu verschließen. Da die Schließhaut dehnbar ist, kann bei einem entstehenden Druckgefälle zwischen den verbundenen Zellen die Schließhaut gegen den Porus gesaugt werden und damit den Tüpfel verschließen.

Generell hat jede der beiden verbundenen Zellen seinen eigenen Tüpfel, die sich dann zu einem Tüpfelpaar ergänzen. Damit entstehen Tüpfelkombinationen wie beispielsweise einseitig behöfte Tüpfel.


Foto: © Kristian Peters/wikipedia.de

 

16.06.2007
   Potenzial von Stammzellen
 

Stammzellen sind eines der faszinierendsten Gebiete der modernen Biologie. Es sind beeindruckende Eigenschaften, die diese Zellen aufweisen. Die Hoffnung besteht, dass mit Stammzellen dereinst Krankheiten wie Alzheimer, schweres chronisches Herz- oder Leberleiden und viele andere mehr behandelt werden können. Aber wie so viele andere rasch expandierende Forschungsgebiete, wirft auch die Forschung mit Stammzellen stets neue Fragen auf - Fragen nicht nur wissenschaftlicher, sondern auch juristischer, politischer, wirtschaftlicher und ethischer Natur.

Stammzellen unterscheiden sich von anderen Zellen in unserem Körper, vor allem durch drei Besonderheiten:

1. Sie können sich über einen längeren Zeitraum teilen. Andere Zellen in unserem Körper haben nur eine begrenzte Lebensdauer. Hautzellen zum Beispiel werden im Durchschnitt nur zwei Wochen alt, sterben dann ab und werden durch neue ersetzt.
2. Stammzellen sind nicht spezialisiert, das heisst, sie sind nicht bereits für eine bestimmte Aufgabe im Körper vorgesehen wie dies zum Beispiel bei Herzmuskelzellen der Fall ist.
3. Stammzellen können durch Teilung spezialisierte Zellen herstellen.


Wissenschafter unterscheiden zwei Sorten von Stammzellen: embryonale und adulte Stammzellen. Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) entstammen, wie der Name sagt, von Embryonen. Wir alle sind aus einer solchen Stammzelle entstanden, aus der befruchteten Eizelle. Durch Teilung entsteht aus dieser Zelle ein erwachsener Mensch. Bis zu einem Stadium von acht Zellen besitzt jede dieser Zellen die Fähigkeit, zu einem ganzen Menschen zu wachsen. Zellen in einem späteren Stadium verlieren diese Fähigkeit. Diese frühen Zellen werden daher totipotent genannt, vom lateinischen «zu allem fähig».

Am fünften und sechsten Tag nach der Befruchtung befindet sich der Embryo im so genannten Blastozystenstadium. Die Blastozyste hat dann die Form einer Hohlkugel und besteht aus etwa 200 Zellen. Im Inneren der Kugel befinden sich ungefähr dreissig Zellen, aus denen später alle über 200 Zelltypen des menschlichen Körpers entstehen können, aber nicht mehr ein kompletter Organismus. Dieser kleine Zellhaufen im Innern ist die Quelle der ES-Zellen. Man bezeichnet diese Zellen als pluripotent - «zu vielem fähig».

Möchte man solche ES-Zellen gewinnen, so wird der Embryo zerstört und die Zellen entnommen. Die Zellen können dann im Labor gezüchtet werden. Allerdings eine schwierige Aufgabe: Es dauerte 20 Jahre, bis die Forscher den Trick raus hatten, wie menschliche ES-Zellen im Labor wachsen können, denn die Stammzellen benötigen dazu die richtige Umgebung und die richtigen Nährstoffe. Ist in der Kulturschale nicht alles perfekt, beginnen sich die Stammzellen unkontrolliert zu differenzieren, das heisst, sie verlieren ihre Pluripotenz und werden zu spezialisierten Zellen, zum Beispiel zu Leberzellen. James Thompson von der University of Wisconsin war der erste, der menschliche ES-Zellen isolieren und kultivieren konnte.

Heute kennen die Forscher den Mix an Substanzen, welche für das Überleben von menschlichen ES-Zellen nötig sind. Wissenschaftler können die Stammzellen in ihrem undifferenzierten Stadium kultivieren, sie zudem aber auch zur Differenzierung in die embryonalen Grundgewebe Ento-, Meso- und Ektoderm anregen.

Das Ziel der Forscher ist es, den Prozess der Differenzierung nicht unkontrolliert, sondern kontrolliert durchzuführen. Sie möchten die ES-Zellen in Kulturschale dazu bewegen, dass aus ihnen ein neues Organ entsteht, zum Beispiel ein neues Herz. Wenn ES-Zellen mit bestimmten Wachstumsfaktoren stimuliert werden, können sie sich in die verschiedenen Zelltypen differenzieren: Hautzellen, Hirnzellen (Neuronen und Gliazellen), Knorpelgewebe (Chondrozyten), Osteoblasten (Knochen bildende Zellen), Hepatozyten (Leberzellen), Muskelzellen, Zellen der Skelettmuskulatur und Herzmuskelzellen (Myozyten).

Bereits im Jahr 2007 sollen menschliche embryonale Stammzellen an Menschen getestet werden. In den Vereinigten Staaten hat das Biotech-Unternehmen Geron erste Versuche für Patienten mit Rückenmarksverletzungen angekündigt. Die Geron-Forscher werden menschliche embryonale Stammzellen in Nervenzellen differenzieren und diese dann querschnittgelähmten Patienten einpflanzen. Die Stammzellen sollen dafür sorgen, dass die zerstörten Nervenzellen ihre schützende Myelinhülle wieder erhalten, ohne die sie keine Reize weiterleiten können. Im Tierversuch hat diese Technik bereits funktioniert. Allerdings gibt es noch viele offene Fragen, denn aus embryonalen Stammzellen können auch Tumore entstehen. In der Schweiz wird es in den nächsten Jahren keine solche Versuche geben.

Umstrittene Forschung

Die Forschung mit embryonalen Stammzellen ist ethisch sehr umstritten, denn für die Gewinnung von ES-Zellen müssen Embryonen zerstört werden. Woher stammen diese Embryonen? Forscher in der Schweiz arbeiten mit so genannten überzähligen Embryonen: Ein Embryo wird dann überzählig, wenn er durch künstliche Befruchtung (In vitro-Fertilisation) erzeugt wird, dann aber der Frau nicht eingepflanzt wird. Er besteht zu diesem Zeitpunkt aus wenigen Zellen und ist fast so klein wie das Pünktchen auf diesem i. Seit der Annahme des Stammzellenforschungsgesetzes im Jahre 2004 können solche Embryonen für die Forschung verwendet werden, falls das Paar dies möchte. Die Forscher haben aber nicht freie Hand im Umgang mit den Embryonen, es gibt klare Regeln einzuhalten. Ein entsprechendes Forschungsprojekt muss vom Bundesamt für Gesundheit bewilligt werden, und die zuständige Ethikkommission muss ebenfalls ihr Einverständnis geben. Verkaufen dürfen sie ihn aber nicht: Per Gesetz darf mit menschlichem Keimgut und mit Erzeugnissen aus Embryonen nicht gehandelt werden.

-Darf man Embryonen töten, um damit zu forschen, wenn das Paar damit einverstanden ist?
-Welche Rechte hat ein überzähliger Embryo? Hat er die gleichen Rechte wie ein geborenes Kind?
-Wann beginnt das Leben? Mit der Befruchtung? Mit der Einnistung in die Gebärmutter? Mit dem Entstehen des Schmerzempfindens? Mit dem Beginn der Hirnentwicklung? Mit der Geburt?

Über diese und ähnliche Fragen wurde im Jahre 2004 im Rahmen des Stammzellenforschungsgesetzes abgestimmt. 66 Prozent der Schweizer Bevölkerung stimmten für eine streng geregelte Stammzellenforschung.


Foto: © Nissim Benvenisty/wikipedia.de


 
Quelle: http://www.interpharma.ch/
 

04.04.2007
   Das Lebewesen mit den wenigsten Chromosomen...
 


...ist der Pferdespulwurm (Ascaris megalocephala univalens)mit zwei Chromosomen pro Körperzelle. Der Mensch hat 46 Chromosomen, der Koboldmaki 80, der Hund 78, eine Weinbergschnecke 54, ein Alligator 32, das einzellige Augentierchen (Euglena) hat sogar ca. 200 Stück.
Selbst ein Champignon hat noch 8 Chromosomen, eine Stechmücke 6. Damit ist der Pferdespulwurm das Lebewesen mit den wenigsten Chromosomen.

Chromosomen (von griechisch: χρῶμα =Chroma, „Farbe“ und σῶμα = Soma, „Körper“, also „Farbkörper“) sind Strukturen, die Gene und damit Erbinformationen enthalten. Sie bestehen aus DNA, die mit vielen Proteinen verpackt ist. Diese Mischung aus DNA und Proteinen wird auch als Chromatin bezeichnet.

Chromosomen kommen in den Zellkernen der Zellen von Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern) vor, zu denen alle Tiere, Pflanzen und Pilze gehören. Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern), also Bakterien und Archaeen, besitzen keine Chromosomen im klassischen Sinn, sondern ein oder mehrere, meist zirkuläre DNA-Moleküle, die manchmal als „Bakterienchromosom“ bezeichnet werden, obwohl diese mit den eukaryotischen Chromosomen nicht viel gemein haben. Fast alle Gene der Eukaryoten liegen auf den Chromosomen. Einige wenige liegen auf DNA in den Mitochondrien und bei Pflanzen auch in den Chloroplasten. In den Mitochondrien und Chloroplasten der Eukaryoten ist die DNA ebenfalls ringförmig, ähnlich dem Bakterienchromosom.

Die X-ähnliche Form der Chromosomen, die in den meisten Darstellungen vorherrscht, tritt nur in einem kurzen Abschnitt während der Zellkernteilung (Mitose) auf, nämlich in der Metaphase. In diesem kondensierten Zustand sind die Chromosomen im Lichtmikroskop ohne besondere Anfärbung erkennbar. Zwischen Kernteilungen, in der Interphase, existieren Chromosomen im Zellkern in einem „entspannten“, dekondensierten Zustand, in dem sie nur durch die Anwendung einer speziellen Nachweistechnik (Fluoreszenz in situ Hybridisierung) als getrennte Einheiten nachweisbar sind. Nur in diesem dekondensierten Zustand kann die DNA abgelesen und dupliziert werden. In der Interphase nimmt jedes Chromosom im Zellkern einen abgegrenzten Bereich ein, ein Chromosomenterritorium.

Als Mitose (zu griechisch μίτος = Faden) (auch Karyokinese) bezeichnet man den Vorgang der Zellkernteilung bei Zellen eines eukaryotischen Lebewesens. Sie ist ein Bestandteil des Zellzyklus und folgt der Replikation der DNA in der Interphase. Im Anschluss an diese Kernteilung erfolgt die Zytokinese, in der der Zellleib durchschnürt wird, so dass aus einer Zelle zwei Tochterzellen entstehen. Mitose und Zytokinese werden in der sogenannten M-Phase (Mitose-Phase) zusammengefasst und stellen zusammen die Zellteilung dar.

Im Unterschied zur Meiose ändert sich der Ploidiegrad einer Zelle durch eine Mitose nicht, mit anderen Worten, sie behält ihren ursprünglichen Chromosomensatz bei.

Die Mitose ermöglicht, dass beide Tochterzellen die gleiche Anzahl an Chromosomen und damit die gleiche Erbinformation erhalten. Um das Erbgut der Mutterzelle auf zwei Tochterzellen zu verteilen, werden die Chromosomen in der Interphase, einem weiteren Bestandteil des Zellzyklus, verdoppelt. In ihr entstehen aus den Ein-Chromatid-Chromosomen durch Replikation der DNA Zwei-Chromatiden-Chromosomen. Die Mitose wird durch sogenannte Mitogene ausgelöst.

Bei einzelligen Eukaryonten (Protisten) ist die Mitose zusammen mit der Zytokinese Grundlage der Vermehrung. Bei vielen Protisten verläuft die Mitose wie bei den mehrzelligen Eukaryonten als "offene Mitose", d. h. die Kernhülle wird vorübergehend aufgelöst. Eine Ausnahme bilden die Dinoflagellaten, bei denen eine geschlossene Mitose, ohne Auflösung der Kernmembran stattfindet. Bei mehrzelligen Eukaryonten ist die Mitose die Voraussetzung für die Bildung eines neuen Zellkerns und somit üblicherweise für die Bildung neuer Zellen. Einige Ausnahmen von dieser Regel sind im Artikel über Zellkerne beschrieben. In mehrzelligen Organismen wie den Menschen findet die Zellteilung nicht mehr bei allen Zellen statt. So vermehren sich die Nervenzellen und Muskelzellen nach abgeschlossener Differenzierung nicht mehr. Hier verbleibt die Zelle in der sogenannten G0-Phase, so dass die DNA gar nicht erst repliziert wird. Die roten Blutkörperchen können sich nicht mehr teilen, da ihr Zellkern fehlt und damit keine Mitose eingeleitet werden kann. Epidermalzellen hingegen vermehren sich wesentlich häufiger als der Durchschnitt.

Eine Mitose dauert bei menschlichen Zellen in der Regel etwa eine Stunde (im Vergleich dauert die Interphase von sich fortlaufend teilenden Zellen insgesamt durchschnittlich 24 Stunden). Bei Fliegen ist die Mitose teilweise nur 8 Minuten lang.

Eine Sonderform der Kernteilung vollziehen die Keimzellen: Sie entstehen durch eine in zwei Teilungsschritten ablaufende Teilung, die man Meiose oder Reifeteilung nennt und bei der aus einer diploiden Ausgangszelle vier haploide Zellen entstehen. Hier finden zwei Teilungsschritte statt, wobei die zweite Teilung ziemlich genau dem einer normalen Mitose entspricht.

Auf den Bildern sieht man nun die unterschiedlichen Stadien der Mitose eines solchen Tiers. Deutlich erkennbar ist, dass wirklich nur 2 Chromosomen vorhanden sind.

Dieser Umstand macht Ascaris megalocephala univalens zu einem Paradeobjekt in der Genetikforschung. Denn dadurch lassen sich einzelne markierte Genregionen auf den Chromosomen besonders gut erkennen.

In der Mitose wird das verdoppelte Genom verteilt, besteht aus Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

In der Prophase kondensieren die Chromosomen soweit, bis sie nur noch an den Centromeren verbunden sind, Mikrotubuli fangen an sich auszurichten und bilden eine Präprophasespindel, Kernhülle degeneriert am Ende.

In der Metaphase ist der Spindelapparat fertig, der aus Spindelfasern besteht, die das Präprophaseband ersetzen. Paralell zum Kernhüllenzerfall nehmen die Mikrotubuli Kontakt mit den Kinetochoren (Proteine, an den Centromeren entstanden) auf, Tauziehen um die Chromosomen endet, wenn alle in der Äquatorialebene sind.

In der Anaphase wandern die Tochterchromosomen an die entgegengesetzten Enden durch Verkürzung der Kinetochor-Mikrotubuli. Dynein bewegt als Motorprotein das Kinetochor an den Mikrotubuli entlang.

In der Telophase wird die Kernhülle aus Membranresten neu gebildet, die Chromosomen breiten sich wieder aus, neue Nucleolen bilden sich.

 

15.02.2007
   Riesenchromosomen bei Drosophila melanogaster
 


Riesenchromosomen, auch polytäne Chromosomen genannt, sind eine Abweichung vom allgemeinen Mitose-Schema.
Die Polytänisierung hat für die experimentelle Genetik eine besonders wichtige Bedeutung.

Sie entstehen, wenn nach der Phase der DNA-Replikation keine Mitose folgt. Die Chromatinfäden werden nicht normal verdichtet, die Chromatiden selbst homologer Chromosomen werden nicht getrennt, sondern sind eng gepaart aneinandergelegt.
Zellen mit acht Chromosomen bilden vier Riesen-Chromosmen. Bei der Polytänisierung werden zehn oder mehr Replikationsrunden durchgeführt, so dass 1000-2000 identische Chromatin-Fäden entstehen.

Jedoch nehmen nicht alle DNA-Abschnitte gleichmäßig an der Replikation teil, die hoch repetitiven Centromer-Bereiche sind unterpräsentiert genauso wie andere repetitive Genabschnitte.

Diese polytänen Chromosomen sind in den Speicheldrüsen von Insektenlarven am besten untersucht, doch findet man diese auch in anderen Organen von diesen Larven und auch bei anderen Tier- und Pflanzenarten.

Bei geeigneter Färbung werden Bandenmuster sichtbar, die ein Ausdruck der genauen Paarung von den vielen nebeneinander liegenden Chromatinfäden sind. Jede Art hat ein spezifisches Bandenmuster, bei Drosophila melanogaster sind es ca. 5000 Banden und ebensoviele Zwischenbanden. Das Muster entsteht durch die unterschiedlich dichte Packung des Chromatins in den einzlnen Bändern.

In diesen Banden lässt sich die Aktivität von Genen beobachten, weil diese dann aufgelockert erscheinen. Diese Stellen nennt man Balbani-Ringe oder Puffs.
Die Puffs sind Ort intensiver RNA-Synthese und die Ausbildung geht einher mit der Proteinsynthese. Aus diesem Grund sind die Puffs je nach Fundort des Chromosoms unterschiedlich, da immer andere Gene translatiert werden müssen.

Besonders intensiv wurde das bei Larven von Drosophila melanogaster untersucht. Eines der Ergebnisse war, dass sich neue Puffs in den Riesenchromosomen der Speicheldrüse bilden, wenn das Hormon Ecdyson zur Wirkung kommt. Das liegt daran, dass die aktivierten gene für sekretorische Proteine kodieren, die für den Aufbau der Puppenhülle essentiell sind.

 
Quelle: Knippers: Molekulare Genetik
 

07.02.2007
   Genetik-Zusammenfassung
 

Und die nächste Zusammenfassung ist fertig!

Die enthaltenen Themen sind:
Viren, Bakteriophagen und Bakterien
DNA-Aufbau, Struktur und Replikation
DNA-Verpackung in Chromatin und Chromosomen
DNA-Schäden und Reparatur
DNA-Rekombination und Genkartierung
DNA-Techniken und Enzyme
Gentechnik
Transkription
Regulation der Transkription in Prokaryonten
Regulation der Transkription in Eukaryonten
Translation
Der genetische Code
Regulation von Proteinaktivitäten
Immunologie
Virologie
Entwicklungsbiologie
Modellorganismen
Medizinische Genetik

 
Download: Genetik Zusammenfassung.pdf (6581x heruntergeladen)
 

06.02.2007
   Rote Tiden - toxische Wasserblüten
 


In den vergangenen 100 Jahren haben sich mehrere Dutzende ausgedehnte Rote Tiden an der amerikanischen Küste ereignet. Dadurch sind hunderttausende von Fischen gestorben und haben die amerikanischen Strände bedeckt.
Die Ursache des Ganzen ist der Dinoflagellat Gymnodinium breve. Dieser hat eien rotbraune Farbe und daher wird das Meer bei hoher Vermehrungsrate dieser Alge rotbraun. Bei Menschen verursacht diese Alge durch Toxine Erkrankungen der Atemorgane, des Darms und der Nerven.
Diese Alge wurde von Schwärmen des Fisches Brevoortia tyrannus gefressen, die wiederrum von Großtümmlern gefressen wurden. Die Hälfte der Tümmlerpopulation ist im Westatlantik verwendet, der Fisch wurde durch die Dinoflagellaten nicht geschädigt, die Tümmlern, die zu den Säugetieren zählen, wurden durch die Alge so stark geschädigt, dass sie Bakterien- oder Viruserkrankungen erlagen.
Rote Tiden hat es schon zur Zeit von Homer gegeben, er berichtete bereits über diese. Doch nimmt die Zahl dieser heutzutage immer weiter zu, was auf den hohen Nährstoffgehalts des Wassers durch die Landwirtschaft zurückzuführen ist.

 

19.10.2004
   Trypanosomen - die Erreger der Schlafkrankheit
 


Bei dem Erreger der unbehandelt tödlichen Schlafkrankheit (Nagana-Seuche) handelt es sich um eine parasitisch lebende Art der Zooflagellaten namens Trypanosoma. Die Trypanosomen werden durch Tse-Tse Fliegen übertragen, bei denen beide Geschlechter Blutsauger sind und sich alle 3-4 Tage von Blut ernähren müssen (ca. 2 Minuten Saugdauer). Beim Blutsaugen verdoppelt die Fliege ihr Gewicht und vergrössert ihren Körperumfang. Ein Prozent aller Fliegen sind mit dem Erreger Trypanosoma infiziert und können die Krankheit auf Säugetiere oder Menschen übertragen. Die besondere Eigenschaft der Trypanosomen, die sie gegen Antikörper weitgehend immun macht, sind die VOG (variable Oberflächenglycoproteine), die bei jedem Individuum unterschiedlich sein können. Um die mengenmäßig vorherrschende Trypanosomenpopulation, die hinsichtlich auf die Oberflächenglycoproteinart einheitlich ist, zu vernichten, muss eine spezielle Antikörperart gebildet werden, was einige Zeit in Anspruch nimmt. Während anschliessend die Individuen dieser Art vernichtet werden, können sich die mit anderen Oberflächenglycoproteinen weiterentwickeln. Die unterschiedlichen Oberflächenglycoproteine enthalten jeweils ca. 500 Aminosäuren und ~1000 Gene. Es können bis zu 1000 verschiedene Hüllen durch Zufallsmutation bei Trypanosoma entstehen.

Trypanosoma hat mehrere Unterarten, die sich hinsichtlich der Inkubationszeit und der Krankheitsdauer bis zum Tod unterscheiden.

Erste Krankheitssymptome für die Schlafkrankheit sind Übelkeit, Fieber. Sobald die Trypanosomen aber die Blut-Hirn-Schranke übertreten haben, werden die Symptome deutlich heftiger bis sie zum Tod führen. Die Krankheit kann unbehandelt von wenigen Monaten bis zu 1-4 Jahren (Trypanosoma brucei) dauern, bis es zum Tode kommt.

Zu dem Thema könnt ihr gerne einen Thread im Forum erstellen, falls Fragen offen sind.

 
Quelle: Universität Köln
 

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