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Das virtuelle Genom

Hinter den modernen Lebenswissenschaften stehen heutzutage nicht nur herausragende Köpfe, sondern auch geballte Computer-Rechenleistung. Neueste Analysemethoden und bildgebende Verfahren erlauben den ForscherInnen hochaufgelöste Einblicke in die Zelle und machen so neue Entdeckungen für die Biomedizin möglich.

Das Team um Forschungsgruppenleiter Anton Goloborodko geht sogar noch einen Schritt weiter: Im ersten „Trockenlabor“ des IMBA, das ganz ohne Versuche an Geweben oder Zellen auskommt, werden statt traditioneller Experimente am Labortisch biologische Fragen mit theoretischen Forschungsmethoden der Physik und Informatik beantwortet.

Im Mittelpunkt der Forschung steht das „Verpackungs-Wunder“ unseres Erbguts. Rund 2 Meter DNA-Faden sind dichtest und unglaublich organisiert im Zellkern verpackt. Um genetische Information zu lesen, zu vervielfältigen und an ihre Nachkommen weiterzugeben, müssen Zellen ihre Chromosomen ständig entfalten und wieder neu zusammenfalten. Die DNA wird hier durch eine Vielzahl von Proteinen in schleifenförmige Strukturen gelegt und aufgerollt. Fehler in diesem lebenswichtigen Prozess können die Grundfunktionen des Ablesens der DNA stören und so zu Krankheiten führen.

Fragen nach der genauen räumlichen Aufteilung der DNA in den Chromosomen vor und während der Zellteilung können im „Trockenlabor“ anhand von Computer-Simulationen beantwortet werden. Dabei werden riesige Mengen biologischer Daten verarbeitet und interpretiert, um biologische Schlussfolgerungen zu ziehen und schließlich physikalische Modelle des Genoms zu erstellen. Außerdem können die WissenschaftlerInnen so visualisieren, wie bestimmte Gen-Sequenzen, die auf verschiedenen Orten im Erbgut liegen, miteinander interagieren.

Folgender Prozess der sogenannten Loop Extrusion während der Zellteilung, spielt laut neuesten Erkenntnissen eine Rolle für die Genexpression.

 

 

Loop Extrusion Waltz: Die DNA wird durch ein Protein namens Cohesin in Schleifen gelegt.

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