MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – In der Welt der Biologie gibt es immer wieder neue Entdeckungen, die unser Verständnis von grundlegenden Prozessen erweitern. Eine aktuelle Studie der Yale University hat gezeigt, dass Zellen sich auf eine Weise an neue Umgebungen anpassen können, die bisher kaum beachtet wurde.
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Die Anpassungsfähigkeit von Zellen an neue Umgebungen ist ein zentrales Thema in der Biologie. Traditionell wurde angenommen, dass genetische Mutationen oder die Veränderung der Genexpression die Hauptmechanismen sind, durch die Zellen auf Umweltveränderungen reagieren. Eine neue Studie der Yale University hat jedoch gezeigt, dass bakterielle Zellen auch ohne genetische Veränderungen auf Umweltveränderungen reagieren können.
Diese Entdeckung, die in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigt, dass Zellpopulationen sich “nicht-genetisch” anpassen können, indem sie einfach wachsen und langsamere Zellen zurücklassen. Dies könnte weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis von Evolution und Krankheitsbehandlung haben.
Thierry Emonet, Professor für molekulare, zelluläre und Entwicklungsbiologie an der Yale University, erklärt, dass diese Form der Anpassung durch kollektive Migration ein universeller Mechanismus sein könnte, mit dem Zellpopulationen verschiedene Umgebungen navigieren. Dies ist besonders relevant für Mikroben, Krebszellen und die embryonale Entwicklung.
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass bakterielle Zellen genetische Mutationen erwerben können, um Resistenzen gegen Antibiotika zu entwickeln. Ähnlich können Krebszellen durch genetische Veränderungen Resistenzen gegen Chemotherapie entwickeln. Diese Anpassungen erfordern jedoch oft viele Generationen, bevor die mutierten Zellen überwiegen.
Das neue Anpassungsmechanismus, das von Emonet und Henry Mattingly vom Flatiron Institute theoretisiert und nun experimentell nachgewiesen wurde, ermöglicht es Zellpopulationen, in nur zwei oder drei Generationen auf Umweltveränderungen zu reagieren, ohne auf Genregulation oder Mutationen angewiesen zu sein.
Um dies zu demonstrieren, platzierten die Forscher genetisch identische Escherichia coli-Bakterien in flüssigen und porösen Umgebungen und beobachteten ihre kollektive Migration. In flüssigen Umgebungen, die mit einer geraden Autobahn verglichen wurden, übernahmen Bakterien, die länger geradeaus schwammen, die Führung, während diejenigen, die häufiger abbogen, zurückblieben.
In porösen Umgebungen mit mehr Hindernissen erwies sich die Neigung, häufiger abzubiegen, als vorteilhaft, um Sackgassen zu entkommen. In diesen Umgebungen wurden die Bakterien, die häufiger abbogen, zu den Führern, während die Populationen der “glatten Schwimmer” allmählich abnahmen.
Diese Erkenntnisse könnten neue Wege für die Entwicklung von Therapien gegen Krankheiten wie Krebs eröffnen, indem sie aufzeigen, wie Zellpopulationen ohne genetische Veränderungen auf Umweltveränderungen reagieren können.
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