02.02.2010 · Mathematik des Lebens: Ein dreidimensionaler Genatlas kann vor Augen führen, was der Begriff Netzwerk auf Genomebene bedeutet. Und mit Schleimpilzen lassen sich effiziente Verbindungswege erzeugen.
Von Joachim Müller-Jung
© Science
Der räumliche Genatlas der Bierhefe mit Millionen von Knoten. Die Farbgebung ist im nächsten Bild erläutert.
Es ist noch gar nicht lange her, da war die alte Schule der Biologie und der Biomedizin noch mit der Suche nach den einzelnen Orten auf der Landkarte des Lebens beschäftigt. Zu entdecken, was das einzelne Molekül in der Umgebung oder im Großen bewirkt, galt schon als Riesenschritt. Heute haben Hochleistungscomputer das Ganze wie selbstverständlich im Blick.
In der Zeitschrift "Science" Bd. 327, S. 425) berichten kanadische Forscher jetzt über das genetische Netzwerk der Bierhefe, das nicht weniger als 1712 Gene und insgesamt fast 5,4 Millionen Interaktionen zwischen jeweils zwei Erbanlagen betrifft. Mit dem dreidimensionalen Genatlas lassen sich die Wirkungen und Rückwirkungen von annähernd drei Viertel der für die wichtigsten Lebensfunktionen nötigen Gene erfassen.
Und das keineswegs nur prinzipiell, sondern quantitativ. Das heißt: Dreht man an der Funktion eines Gens, errechnet der Computer die Wirkung auf das Aktivitätsniveau unter Umständen sehr vieler anderer Gene, die mit diesem in Verbindung stehen.
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Der selbe Genatlas mit einigen Erläuterungen
Logistik mit dem Schleimpilz
Die entsprechenden Daten hat man aus der Analyse Zehntausender Hefemutanten ermittelt. Das im Computer simulierte Netzwerk macht freilich deutlich, dass die Verhältnisse in den Zellen wohl viel komplexer und vielschichtiger sind, als man in Laborexperimenten zu untersuchen vermag. Auf unserem Bild sind Hefegene als kleine Knoten mit den entsprechenden Verbindungen dargestellt, die Farbkleckse weisen auf Gen-Cluster hin, die wichtige zelluläre Prozesse wie etwa den Vesikeltransport, Proteinabbau oder die Zellwandsynthese bewirken.
Etwas weniger komplex, aber keineswegs weniger beeindruckend, was die Möglichkeiten der Systembiologie angeht, ist die Arbeit japanischer und britischer Forscher, die effiziente Netzwerkbildung und Transportprogramme von Schleimpilzen lernen wollen.
Ebenfalls in "Science" (Bd. 327, S. 439) demonstrieren sie die Simulation das Schienennetzes von Tokio. Die Forscher verteilten Hafeflocken in einer Petrischale, wie die Orte rund um die japanische Hauptstadt angeordnet sind. Für die Nahrungssuche teilen sich die amöbenartigen Schleimpilze und bilden Ausläufer - und zwar hocheffizient. Allein durch Selbstorganisation schaffen es die Einzeller, dass sie am Ende die kürzest möglichen Verbindungswege zwischen den Flocken einschlagen.
Joachim Müller-Jung Jahrgang 1964, Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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