Steuerung Zelldifferenzierung

MaxE · Anmeldungsdatum: 03.08.2014 Beiträge: 9

Meine Frage:
Die Zelldifferenzierung (Morphogenese) wird als DNA gesteuert beschrieben. Gleichzeitig wird gelehrt, jede Zelle in einem Organismus habe identische DNA, d.h. einen identischen Bauplan (genetischer Fingerabdruck). Frage: Wie ist Differenzierung bei identischer Bauanweisung möglich?
Es werden "Schaltungen", aktive und inaktive Gene, Homöoboxen, Sequenzen etc. beobachtet und deren Prozessabläufe beschrieben, aber immer nur "wie" sie ablaufen und nicht "was" sie auslöst.

Meine Ideen:
Nach den Modellen und Theorien der Molekularbiologie dürfte es eigentlich, da kausal-determiniert durch (DNA)-Chemie und Physik, keine "Schaltungen" geben, sondern bestenfalls uniforme amorphe Zellhaufen. Allenfalls könnten Umweltfaktoren etwas "formen", aber sicher nicht DNA.

Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

Hi,

zwar hat jede Zelle die gleiche DNA, aber durch Epigenetik lässt sich beeinflussen wo welche Gene aktiv sind.

Epigenetische Modifkationen verändern nicht die Basensequenz der DNA aber die ,,Zugänglichkeit" der DNA für Transkriptionsfaktoren. Dies erfolgt z.B, durch Acetylierung und Methylierung.

Das kann sehr effektiv sein. Egal ob Mann oder Frau: in jeder Körperzelle ist nur ein X Chromosom aktiv. Das zweite ist bis auf ein kleines stück das dem Y- Chromosom analog inaktiv.

LG Firelion

MaxE · Anmeldungsdatum: 03.08.2014 Beiträge: 9

Danke, aber:
Das Problem wird mit Epigenetik nicht gelöst, sondern nur nach aussen (Umwelt) verschoben. Irgendetwas müsste ja auch die epigenetischen Prozesse auslösen und diese Impulse müssen innerhalb der sich teilenden Zellen wirksam werden, damit meine Kinder Menschen werden und sogar mir gleichen. Nach den Lehren der Genetik ist dafür die DNA zuständig, was aber logisch unmöglich ist. Kausale Determination lässt eben bei der Zellteilung per Definition keine "Schaltungen" bei identischem Bauplan (DNA) zu.
Man müsste das Kriterium "kausal determiniert" aufgeben, womit aber Molekularbiologie keine Wissenschaft mehr wäre. Oder man müsste nichtphysische Einflüsse wie z.B. "Morphogenetische Felder" oder Energieen unbekannter Art postulieren, was aber ebenfalls unwissenschaftlich wäre.
????
MaxE

Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

Epigenetische Modifikationen können auch zum Teil verrebt werden.
Als Beispiel:
Das Pradar-Willi - Syndrom wird nur vom Vater vererbt,obwohl der Defekt auf Chromosom 15 also einem Autosom liegt.

Das Angelman Syndrom wird nur von der Mutter vererbt, obwohl der Defekt auf Chromosom 15 also einem Autosom liegt.

In beiden Fällen ist der selbe Chromosomenabschnitt also auch die selben Gene betroffen. Allerdings werden bestimmte Gene nur vom mütterlichen und bestimmte Gene nur vom väterlichen Chromosom abgelesen.

Ansonsten solltest du dich mal mit der Embryogenese beschäftigen. Je nachdem welche Botenstoffe in welcher Konzentration auf eine Zelle einwirken, verändert diese ihr Expressionsprofil.

Dass lässt sich auch experimentell zeigen. In vitro ist es inzwischen mögliche differenzierte Zellen wieder in Stammzellen um zu wandeln und diese in beliebige andere Zellarten zu differenzieren ohne die Sequenz der DNA zu verändern.

MaxE · Anmeldungsdatum: 03.08.2014 Beiträge: 9

Embryogenese habe ich ebenso wie Basis-Molekularbiologie studiert, wenn auch nicht mit Uni-Abschluss. Die erwähnten Prozesse sind mir bekannt (Forschung von Walter Gehring, Homöobox etc.), aber eben nur als bis ins Detail beschriebene Prozesse. Beispiel:".....dann teilt sich die Zelle....., anschliessend verlieren einige ektodermale Zellen E-Cadherin, wodurch ......" etc. Diese Prozesse, z.B. dass Botenstoffe und deren Konzentrationen wirken und nur bestimmte Sequenzen abgelesen werden etc. bezweifle ich nicht. Ich nehme doch an, dass die Forscher korrekt beobachten. Nur: Beobachtungen sind noch keine Erklärungen zur Ursache. Und solche habe ich leider bisher in keinem Fachbuch gefunden, was so überraschend wie störend ist.
Übrigens: ich habe diese Frage vier Biologie-Fakultäten von Hochschulen in der Schweiz gestellt und nur von einer unbefriedigende Antworten (Prozessbeschrieb) erhalten. Sei's drum, jedenfalls danke für die Bemühungen.
MaxE

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Vielleicht hilft es dir, wenn wir einmal Abstand von einer kausal-deterministischen Sichtweise nehmen, ohne sie dann gleich als unwissenschaftlich abzutun, denn wir können nach den modernen Erkenntnistheorien (da sind sich die verschiedenen Schulen einig) gar keine Kausalketten dem Wahrheitsgehalt von Argumentationsketten zugrunde legen. Wir befinden uns also in einer modal-deskriptiven Argumentation. Wenn also lediglich das Aufdecken von Kausalketten wissenschaftlich wäre, hätte noch nie ein Mensch Wissenschaft betrieben.
Was also tut Wissenschaft? Sie versucht, beobachtbaren Phänomenen Gesetzmässigkeiten zuzuordnen, nicht mehr und nicht weniger. Wir können annehmen, dass es Kausalzusammenhänge zwischen diesem und jenem gibt, was wir allerdings belegen können, ist eigentlich nicht viel. Wir können niemals letztgültig beweisen, ob ein Gesetz, das wir formuliert haben, tatsächlich wahr ist, alle Wahrheit ist in letzter Instanz eine Hypothese und sollte auch als solche behandelt werden.
Wann jedoch können wir etwas als wahr annehemen? (ich spreche hier nicht von aussagelogischen Formalitäten, sondern von empirischen Wissenschaften)
Dazu haben wir geschickte experimentelle Anordnungen gewählt, die uns zumindest zeigen lassen, dass im Besten Fall die Alternativen, die sich uns bieten, ausgeschlossen werden können.
Das mag sehr theoretisch klingen, hat aber durchaus praktische Relevanz. Nehmen wir einmal die Aussage "alle Schwäne sind weiß", so kannst du bis zum Sanktnimmerleinstag Schwäne zählen, die allesamt weiss sind und du wirst niemals wirklich alle Schwäne zu jedem Zeitpunkt erfasst haben. Also geht die Wissenschaft einen anderen Weg: Sie versucht, einen schwarzen Schwan zu finden, der die Aussage widerlegt. Kann die Aussage nicht widerlegt werden, so dürfen wir sie vorübergehend für wahr halten. Damit allerdings nicht jeder Unsinn für wahr gehalten wird, gibt es auch strenge Kriterien für das Formulieren einer wissenschaftlichen Aussage. Ein wichtiges ist die Falsifizierbakeit. Zusammen mit verschiedenen Objektivitätskriterien und einer geschickten experimentellen Praxis kann man dann Systeme konstruieren, in denen man Gesetze entdeckt, in Form von Experimenten die richtigen Fragen an sie richtet, die man dann in einem (günstigerweise in mehreren) anderen experimentellen Systemen zu verneinen sucht. Lässt sich die Aussage in allen vorstellbaren experimentellen Systemen nicht verneinen, dürfen wir sie für wahr halten.
Es wäre dabei müssig, alle Kriterien und Maßstäbe, die man anlegen kann, hier anzureissen, aber wichtig für diese Vorgehensweise waren Robert Koch, Karl Popper, Gerhard Vollmer und nicht zuletzt viele Mathematiker (z.B. Herr Gauß), die die Gesetzmässigkeiten des Zufalls zu beschreiben verstanden.
In diesem, über Generationen gereiften und stets reifenden Komplex können wir Wissenschaft betreiben ohne die Forderung nach einer kausal-deterministischen Ereignisfolge, wie Kant oder Lamarck sie gefordert hatten.

MaxE · Anmeldungsdatum: 03.08.2014 Beiträge: 9

Hi,
Es mag sein, dass meine Ausbildung (Maschienenbau) und mein Alter (1943) mich zu stark die Verbindung von Wissenschaft und Kausalität gelehrt haben. Trotzdem (oder deswegen): Eine Theorie oder eine Modellvorstellung sollte keine grundsätzlichen Widersprüche enthalten, weil sie dadurch schon falsifiziert ist. Auch die empirische Forschung (Experimente) dient normalerweise der Bestätigung von Theorien und Vermutungen, sowie dem Erkennen kausaler Zusammenhänge. Ausser man würde einfach einwenig "Labor spielen" wollen, was ich aber nicht hoffe. Insbesondere nicht, wenn es um die Konstruktion neuer Lebewesen und damit die Destrukturierung des Genpools (Artengrenzen) geht. Wenn bei der Morphogenese von durchschnittlich 400 Versuchen ein einziger ein verwertbares (und oft unerwartetes) Resultat bringt, muss ich davon ausgehen, dass die zu verifizierenden Annahmen falsch waren. Nur reproduzierbare Resultate bei gegen 100% der Versuche bedeuten Verifizierung (auch kausaler Zusammenhänge). Bezüglich Zelldifferenzierung
scheinen keine derartigen Resultate vorhanden zu sein. Das war schon vor zwanzig Jahren nicht der Fall und ich wollte mit der Frage den Fortschritt der Erkenntnisse erfahren. Danke für die Antworten.
MaxE

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

MaxE · Anmeldungsdatum: 03.08.2014 Beiträge: 9

Interessant, wie eine modale "Wie-Folgerung" Erkenntnistheorieantworten erzeugt. Als philosophisch gebildeter Generalist (mit Spezialgebiet Materie-Geist-Problem) verstehe ich deine Antworten gut. Also lasse ich mal Kausalität beiseite, obwohl in der Fachliteratur oft von molekularbiologischen "Mechanismen" und "Maschienen" gesprochen wird. "Wahrheit" war nie gefragt. Ich bin aber immer noch der Meinung, dass Erkenntnis ohne kausale Zusammenhänge diffus oder gar keine ist. Beschrieb von Beobachtungen sind keine Erkenntnisse.
Zur Frage: Die Hypothese "DNA=Bauplan der Zelle und Steuerung der Differenzierung" war schon vor 20 Jahren derart grundsätzlich widersprüchlich, dass das folgerichtig zur Epigenetik geführt hat. Diese postuliert denn auch, dass die Regelung der Genaktivität einer übergeordneten Steuerung unterliegt, was das Problem "Differenzierung" jedoch nur auf eine andere Ebene und in die Umwelt verschiebt. Vielleicht wäre es ehrlicher, zuzugeben, man weiss es (noch) nicht.
Der Molekularbiologe Dr. Stefan Graf hofft sogar, dass man das "Geheimnis" nie lüften möge, da dessen Aufdeckung manipulatorisches Potential habe, mit dem die Menschen überfordert wären. Mir scheint schon das gegenwärtige "Können" weit über das Wissen der Forscher hinauszugehen (daher meine Frage), von der Weisheit zum "Sollen" ganz zu schweigen. Wie sonst wären Nobelpreisträger-Samenbanken für Designerbabys zu erklären?
MaxE

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Eine rein mechnistische Beschreibung klärt noch nicht das Kausiltätsproblem, mechanistische Aussagen beschreiben im molekularbiologischen Kontext das Zusammenwirken verschiedener Faktoren. Aber immer noch sind sie deskriptiv. Der Begriff des "Mechanismus" klärt also keine Kausalitäten.
Erkenntnis kann aber auch sehr gut ohne Kausalität geleistet werden, indem wir halt zunehmend Einsichten in mechanistische Vorgänge und Zusammenhänge gewinnen. Du hast recht, sobald es komplex wird, wird es auch diffus, deswegen ist eine der wichtigsten Ansprüche an die Wissenschaft des 21sten Jahrhunderts aus meiner Perspektive, wie man es schafft, Menschen in ihren Beriechen zu professionalisieren, ohne Fachidioten zu erzeugen, aber das nur am Rande.

MaxE · Anmeldungsdatum: 03.08.2014 Beiträge: 9

Leider habe ich noch nicht herausgefunden, wie man Zitate in eine Antwort einbaut, weswegen ich mich manchmal wiederhole, sorry. Offenbar wird der Begriff Kausalität je nach Ausbildung und Erfahrung unterschiedlich verwendet. Für mich beschreiben die Begriffe "Mechanismus" oder "Maschiene" eben gerade das Phänomen kausal determinierter Prozesse. Für technische Konstruktionen (z.B. Auto) ist das offensichtlich: Ein Input (z.B. bremsen) löst eine zwingende (determinierte) kausale Abfolge von Ereignissen aus, die nur so und nicht anders sein kann. Bei der Zelldifferenzierung müsste es meiner Ansicht nach ebensolche Abläufe geben, da bei der Morphogenese eines Organismus (in der Natur) in fast allen Fällen identische Ergebnisse festzustellen sind. Mit anderen Worten: Individuelle Exemplare einer Art sind (fast) identisch, was wiederum bedeutet, das hier kausale Zusammenhänge bestehen müssen. Diese zu erkennen wird sicherlich nur empirisch möglich sein und da sind offenbar Teilzusammenhänge durch Epigenetiker beschrieben worden. Nur wird das mein Grundproblem wahrscheinlich nicht lösen, weil es den oben erwähnten "Input" betrifft. Auch übergeordnete Steuerung (Epigenetik), z.B. das "betätigen" von Genschaltern, braucht Inputs, die nicht in jeder Zelle dieselben sein können, wenn Differenzierung sein soll (die es ja faktisch gibt).
Nun noch zum Umgang mit Erkenntissen: Selbstverständlich ist Forschung zwecks Erkenntnisgewinn unverzichtbar, wenn wir wissen wollen ,was wir tun. Grundsatz sollte sein, nichts in die Welt zu setzen, was nicht mit einiger Sicherheit durchschaut (erkannt) ist. Also: Vorsicht wäre geboten. Transgene Organismen dürften nur freigesetzt werden, wenn grundlegende Prozesse wie z.B. die Zelldifferenzierung einigermassen verstanden sind. Ansonsten spielt man "russisches Roulett", wobei z.B. bezüglich Evolution systembedingt (Zeiträume) Technikfolgeabschätzung gar nicht möglich ist. Deswegen wäre eine Beschränkung auf Cis-Genetik (Gentechnik nur innerhalb einer Art = Erhalt der Struktur des Genpools) wünschbar. Dann müssten Patente auf "Leben" generell verboten werden, da das Wissen allen Forschern zugänglich sein sollte. Weiter sollte Grundlagen-Forschung unabhängig von der Wirtschaft sein, mindestens solange bis Risiken von Anwendungen erkannt und vermieden werden können. Heute ist es umgekehrt, man "probiert" Anwendungen ohne zu wissen, was man tut. Die Wirtschaft wird ohne Zögern den biologischen "Supergau" riskieren, wenn das rentiert.
Leider ist Selbstbeschränkung der Beteiligten ein frommer Wunsch von mir und es bleibt die Hoffnung und Befürchtung, dass, wie bei der anderen "Kern"-Technik (Atom), die Gentechnik im laufe der Zeit ihre eigenen Grenzen (durch Unfälle etc.) fordern wird.