Warum gene rezepte heißen
Bahnbrechende DNA-Forschung soll das Rätsel Krebs lösen
Mats Nilsson zeigt seinem Forschungskollegen Taobo Hu, wie der sogenannte "Blob" oder die Rolling-Circle-Amplification (RCA) funktioniert. Foto: Jens Olof Lasthein/Universität Stockholm
Während meiner gesamten Forschungsarbeit habe ich daran gearbeitet, die Moleküle, die das Leben und unsere Organe aufbauen, auf unterschiedliche Weise sichtbar zu machen", sagt Mats Nilsson.
Das Herzstück seiner Entdeckung ist eine sogenannte männliche Sonde, ein kleines synthetisches DNA-Molekül, das es ermöglicht, das DNA-Molekül in verschiedenen Farben zu fluoreszieren und es so digital in dem Gewebe sichtbar zu machen, in dem es sich befindet.
Wie DNA, RNA und Proteine funktionieren
Die meisten Organismen auf der Erde sind einzellig.
Wir Menschen hingegen haben eine Billion Zellen in unserem Körper und werden daher Vielzellig. Die Zellen tragen alle ein und dasselbe Molekül namens DNA, also unser Erbgut. Im DNA-Code ist alles geschrieben. Wie die Zellen aufgebaut sein sollen, wie sie an der richtigen Stelle im Körper landen und welche Funktion sie haben sollen.
Ich denke, es ist Magie. Schauen Sie sich die Arme an", sagt Mats Nilsson und hält sie in die Höhe.
Sie sind sich ziemlich ähnlich, nicht wahr? Woher weiß der DNA-Code, dass eine Zelle hier und nicht dort sein sollte?
Die Molekularbiologin Chika Yokota begutachtet ein Bild, das mit dem Mikroskop auf der linken Seite aufgenommen wurde. Das grüne Licht wird verwendet, um fluoreszierende Moleküle in der Gewebepräparation zu aktivieren, die ein orangefarbenes Licht aussenden, das von einer Kamera im Mikroskop erfasst wird.
Foto: Jens Olof Lasthein/Universität Stockholm
Der DNA-Code wie ein Kochbuch
Aus dem Körper bestehen etwa tausend Zelltypen, die sich völlig voneinander unterscheiden, obwohl sie alle die gleiche DNA tragen. Eine Hautzelle zum Beispiel ist völlig anders als eine Nervenzelle im Gehirn oder in Wirbelsäule. Sehzellen sind lichtempfindlich und Hörzellen nehmen Vibrationen in Flüssigkeit wahr. In jeder Zelle gibt es eine Reihe von Molekülen, die Informationen darüber enthalten, was die aktive Funktion dieser bestimmten Zelle steuert.
Laut Mats Nilsson ist der DNA-Code wie ein Kochbuch, das mit nur vier Buchstaben geschrieben ist, aber insgesamt aus drei Milliarden Zeichen besteht, die auf 20.000 Kapitel verteilt sind. Die Rezepte im Kochbuch sind unsere Gene.
In jeder Zelle steckt die ganze Schriftstelle, die uns sagt, wie wir gebaut sind. Die Bedingungen für unsere Vorstellungskraft, alles, was wir tun, fühlen und erleben, sind hier niedergeschrieben.
Im Gegensatz zu den Erfahrungen, die wir dann im Leben machen, die in einen anderen Code, im Gehirn, geschrieben werden", sagt Mats Nilsson.
Die
RNA- undProteinrezepte, RNA genannt, können dann gedruckt werden. RNA ist eine Kopie der DNA, aber während sich die DNA im Zellkern befindet, wird die RNA aus dem Zellkern geschickt und wird leichter zugänglich. Wir werden darauf zurückkommen.
Aber dass es jemanden gibt Die Wirkung erfordert noch eine weitere Komponente, die Proteine.
Die Proteine sind das Material, aus dem die Zellen bestehen und können auch aus einer Zelle herausgeschickt werden. Dann nehmen sie in einem Zwischenraum Kontakt zueinander auf. Mit anderen Worten, die Zellen befinden sich in einem Proteinnetzwerk. Proteine sind die Komponente, die Dinge herstellen kann.
Sie sind wie kleine Maschinen.
Einige bauen sich auf und andere brechen zusammen. Beide Merkmale sind gleich wichtig. Zum Beispiel bauen sie Ablagerungen ab, die in den Körper gelangen. Für den Aufbau werden andere Proteine verwendet. Manchmal gibt es Fehler, wie z. B. Plaques, die Alzheimer verursachen, oder in relativ seltenen Fällen einen Krebstumor. Die ganze Arbeit wird von Proteinen erledigt.
The Blob - Bahnbrechende Wetwear-Technologie
Was ist eine männliche Sonde?
Foto: Jens Olof Lasthein/Universität Stockholm
Ein Vorhängeschloss bzw.
eine männliche Sonde ist ein DNA-Werkzeug in Form eines Stücks synthetischer DNA, das mit Hilfe eines Enzyms und einer männlichen Sonde zu einem Kreis geformt wird und ist speziell darauf ausgelegt, ein bestimmtes Zielmolekül zu erkennen. Wenn der Kreis geschlossen ist, kann ein anderes Enzym dann immer wieder eine Kopie des Kreises anfertigen, in einer endlosen Reaktion auf einen immer länger werdenden DNA-Baum mit Hunderten von Kopien der im Kreis enthaltenen DNA.
Der lange DNA-Strang bildet schließlich eine Kugel, die mit Hilfe eines einfachen Fluoreszenzmikroskops die Fähigkeit hat, in einer Gewebeprobe leuchtend zu werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Zelltypen in einer Gewebeprobe sichtbar werden. Mit Hilfe unterschiedlicher Farben können auch im Gewebe verschiedene Zellen voneinander unterschieden werden. So sind zum Beispiel Krebszellen in einem Tumor deutlich zu erkennen.
Das mache ich seit dreißig Jahren aus reiner Neugier und in der Hoffnung, dass es nützlich sein kann.
Mich trieb der Gedanke an: Schaffst du das? Funktioniert das? Wofür könnte es verwendet werden? Die Grundlage war, dass ich hoffte, dass es möglich sein könnte, Krebszellen und ihre Mutationen. Und das ist es auch.
In der Zwischenzeit geht die Entwicklung im Rekordtempo voran: 1998 war das Genom noch nicht vollständig kartiert und es gab keine Sequenziermaschinen. Sie wussten von Genen, aber nicht von den DNA-Sequenzen der Gene.
Die Chemie, die zur Kartierung von Genen zur Verfügung stand, war langsam und träge.
Damals dauerte es zehn Jahre, um ein Genom zu sequenzieren. Jetzt dauert es vielleicht einen Tag.
Ein "Heureka-Moment"
-Erfindung, den Mats macht, wird Nanoballs oder manchmal auch nur Blobs genannt. Während eines Postdocs in Holland in einem Mikroskopielabor versuchte er, mit dem Knautsch weiter zu gehen, um zu sehen, ob die Fluoreszenzfunktion (Amplifikation) funktioniert.
Ich schaute unter ein Mikroskop, sah aber nichts.
Es stellte sich heraus, dass ich viel zu viele hineingesteckt hatte. Als ich die Lösung verdünnte, sah ich plötzlich viele von ihnen hell leuchten.
Es war einer von vielen Heureka-Momenten während seiner Karriere. Insgesamt gibt es sie schon bisher fünf.
Forschung im Kampf gegen Krebs
Wie Krebs entsteht
Krebs entsteht aufgrund von Schäden in unserer DNA, die die Reihenfolge des Codes verändern.
Es kann ein Buchstabe oder eine ganze Reihe von Buchstaben verloren gehen, die Reihenfolge ändern oder Buchstaben hinzufügen.
Es gibt viele Möglichkeiten, wie Fehler in der DNA auftreten können. Manche Veränderungen geben den Zellen einfach die Möglichkeit, sich zu teilen. Als ausgebildeter Biologe habe ich Darwins Gedanken tief verwurzelt und sehe sie als notwendige Konsequenz der natürlichen Selektion, aber hier in einem Individuum und nicht in einer Population von Individuen.
Für den Körper ist es jedoch nicht so gut, wenn die Zellen anfangen, die Disziplin zu verlieren und sich spontan zu teilen.
Sie übernehmen und bilden ihre eigenen Organe.
Wir alle haben kleine Mutationen, die im Körper leben. Sie töten uns nicht und man sollte eigentlich Pech haben, wenn man Krebs bekommt. Aber dann gibt es einige, die weglaufen und bösartig werden. Das nächste Heureka Für mich wäre es, wenn wir das, was wir jetzt wissen, mit einer direkten Behandlung verknüpfen könnten, zum Beispiel: Alle grünen Blutkörperchen abtöten.
Menschen helfen zu können, die krank sind. Das ist der nächste Schritt.
Die rasante technologische Entwicklung in den Lebenswissenschaften führt dazu, dass das Forschungsteam nun schnell und mit hoher Präzision mit Hilfe einer eigenen Erfindung, der Wetwear-Technologie-Nanokugeln oder dem Blob, in der Lage sein kann, sowohl normale Zellen als auch Krebszellen, aber auch verschiedene Arten von Krebszellen zu unterscheiden.
Clones. Neue Mutationen. Neue Funktionen.
Foto: Jens Olof Lasthein/Universität Stockholm
Kann Krebs wie jede andere Krankheit sein?
Ja, ich glaube, dass es für viele Menschen möglich sein wird, Krebs zu heilen und für andere die Krankheit unter Kontrolle zu halten, wie bei HIV. Aber wir haben die Komplexität von Krebs immer noch nicht gelöst. Es gibt so viele verschiedene Spieler, die einen Tumor aufbauen.
Daher gibt es noch vieles, was Überreste. Wenn Sie neue Behandlungen entwickeln, die funktionieren, wissen Sie nicht immer, warum sie funktionieren. Es funktioniert für einige, aber nicht für andere. Wir versuchen zu verstehen, warum. Das ist die Art von Informationen, die wir meiner Meinung nach mit der neuen Technologie, die jetzt verfügbar ist, erhalten können.
Bist du jetzt da? Oder was kommt als nächstes?
Ich möchte die Kartierung von DNA-Sequenzen auf die gleiche Weise durchführen, wie wir bereits RNA sequenziert haben.
Und zwar in mehr Bereichen. Die Moleküle in der DNA, im Zellkern selbst brillant zu sehen. Die Frage ist: Ist es möglich, das Gleiche mit der DNA zu machen? In diesem Fall wäre es sehr nützlich für die Diagnose und Behandlung von Krebs. Die meisten Mutationen für Krebs finden sich nicht in der RNA, sondern in der DNA. Die Schwierigkeit dabei ist, dass die DNA so kompakt ist.
Und da sind wir wieder dort, wo Mats Nilsson am Anfang der Grundlagenforschungsfrage stand.
Ist das möglich?
Forschungsingenieurin Katarina Tiklova und die Molekularbiologin Chika Yokota nutzt die neueste Technologie, das sogenannte Xenium-Instrument, um die Daten einer Gewebeprobe zu analysieren. Foto: Jens Olof Lasthein/Universität
Stockholm
Rasante technologische Entwicklung in den Lebenswissenschaften
Wichtige technologische Errungenschaften
- 2000 - In den letzten 25 Jahren war es möglich, RNA, den Code, den die DNA als Rezept für die Aktivität im Körper aussendet, zu bestimmen und zu kartieren.
- Im Jahr 2008 wurde es möglich, DNA/RNA durch effiziente Sequenziermaschinen zu kartieren .
- Im Jahr 2013 veröffentlichte die Forschungsgruppe von Mats Nilsson die Methode "in situ sequencing", eine der Methoden, die in der Forschungsmethode Spatial Omics zum Einsatz kommen. *
- Im Jahr 2015 wurde die Technologie Single cell genomic eingeführt, eine Maschine, die es ermöglichte, RNA in einzelnen Zellen zu messen. Dies bedeutete, dass es möglich war, mit der Klassifizierung verschiedener Zelltypen zu beginnen.
Der Trick bestand von Anfang an darin, das Reagenzglas kleiner zu machen und kleiner, bis sie so klein wie die Zelle wurde. Jetzt gibt es eine Maschine, die diese Aufgabe problemlos erledigt. Die Zellen werden in eine Maschine gegeben, die sie durch kleine Flüssigkeitströpfchen in einem Öl verteilt. In jedem Flüssigkeitströpfchen befinden sich eine Zelle und ein Reagenz, die die RNA-Moleküle identifizierbar machen.
Jede Zelle hat auch eine Markierung in Form von DNA. Das Ergebnis war ein großes globales Projekt, der Human Cell Atlas.
- Im Jahr 2020 ergab sich die Gelegenheit, die Zellen aus der Einzelzellmaschine mit einer im Labor von Mats Nilsson entwickelten Technik in das Gewebe zu platzieren, um eine Zellkarte zu erstellen.
*Spatial Omics
Spatial Omics ist ein Technologiefeld, eine Möglichkeit, sich einer Forschungsfrage durch eine Kombination von Methoden zu nähern.
Man könnte einen experimentellen wissenschaftlichen Ansatz so nennen. Im Jahr 2020 wurde die räumliche Transkriptomik von der Fachzeitschrift Nature Methods zur Methode des Jahres gekürt.
Mats Nilssons
Labortreffen mit der Forschungsgruppe, um einige der neuesten Ergebnisse zu diskutieren. Foto: Jens Olof Lasthein/Universität Stockholm
Die Forschungsgruppe, die aus zwölf Forschern aus aller Welt, Biotechnologen, Biomedizinern, Bioinformatikern und einem Chirurgen besteht, ist im Scilifelab angesiedelt.
Es gibt die Technologie, die für eine solche fortschrittliche Forschung benötigt wird. Dank des hochmodernen Know-hows und des Zugangs zu High-Tech-Geräten bietet die Forschungsgruppe ihre Dienstleistungen auch Gruppen auf der ganzen Welt an, die eine Frage und Proben haben, wie z. B. medizinische Kliniken.
Lesen Sie mehr über die Forschungsgruppe von Mats Nilsson
Letzte Aktualisierung: 30.
Januar 2024
Page Manager: Abteilung Kommunikation