Es ist an der Zeit anzuerkennen, dass Gene keine Blaupause für das Leben sind

Wie das Leben funktioniert: Ein Benutzerhandbuch zur neuen Biologie Philipp Paul Pan Macmillan (2024)

Zu lange haben sich Wissenschaftler mit der faulen Metapher zufrieden gegeben, dass lebende Systeme einfach wie Maschinen funktionieren, wie der Wissenschaftsautor Philip Ball in seinem Buch sagt: Wie das Leben funktioniert. Es ist jedoch wichtig, offen über die Komplexität der Biologie zu sprechen – auch über das, was wir nicht wissen –, da das Verständnis der Öffentlichkeit Auswirkungen auf die Politik, die Gesundheitsversorgung und das Vertrauen in die Wissenschaft hat. „Solange wir darauf bestehen, dass Zellen Computer und Gene ihre Codes sind“, schrieb Paul, könnte das Leben „voller unsichtbarer Magie“ sein. Aber die Realität ist „viel interessanter und faszinierender“, erklärt er in diesem unverzichtbaren Benutzerhandbuch für Biologen und Nicht-Biologen gleichermaßen.

Als das menschliche Genom im Jahr 2001 sequenziert wurde, glaubten viele, es würde als „Bedienungsanleitung“ für das Leben dienen. Doch es stellt sich heraus, dass das Genom kein Bauplan ist. Tatsächlich haben die meisten Gene keine vorgegebene Funktion, die durch ihre DNA-Sequenz bestimmt werden kann.

Stattdessen hängt die Aktivität von Genen – beispielsweise ob sie exprimiert werden oder nicht oder die Länge des Proteins, das sie kodieren – von unzähligen externen Faktoren ab, von der Ernährung bis zur Umgebung, in der der Organismus wächst. Jedes Merkmal kann durch viele Gene beeinflusst werden. Beispielsweise wurden Mutationen in fast 300 Genen als Hinweis auf das Risiko einer Person, an Schizophrenie zu erkranken, identifiziert.

Ein Rundgang durch die Evolution des Geistes

Daher sei es eine zu starke Vereinfachung, betont Paul, zu sagen, dass Gene dieses Merkmal oder diese Krankheit verursachen. Tatsache ist, dass Organismen sehr leistungsfähig sind und oft eine bestimmte Funktion auch dann erfüllen können, wenn wichtige Gene entfernt werden. Zum Beispiel obwohl HCN4 Das Gen kodiert für ein Protein, das als primärer Schrittmacher des Herzens fungiert, und das Herz behält seinen Rhythmus bei, auch wenn das Gen mutiert¹.

Eine weitere Metapher, die Paul kritisiert, ist, dass ein Protein mit einer festen Form, das an sein Ziel bindet, so ähnlich sei, als würde man einen Schlüssel in ein Schloss stecken. Er weist darauf hin, dass viele Proteine ​​ungeordnete Domänen enthalten, das sind Abschnitte, deren Form nicht konstant ist, sondern sich ständig verändert.

Diese „Mehrdeutigkeit und Ungenauigkeit“ ist kein ungenaues Design, sondern ein grundlegendes Merkmal von Proteininteraktionen. Durch ihre Unordnung werden Proteine ​​zu „vielseitigen Kommunikationsgeräten“, die schnell auf Veränderungen in der Zelle reagieren, sich an verschiedene Partner binden und je nach Bedingungen unterschiedliche Signale übertragen können. Beispielsweise kann das Protein Aconitase von der Verstoffwechselung von Zucker zur Förderung der Eisenaufnahme in die roten Blutkörperchen wechseln, wenn Eisen knapp ist. Ungefähr 70 % der Proteindomänen können gestört sein.

Auch klassische Ansichten zur Evolution sollten in Frage gestellt werden. Evolution wird oft als „das langsame Geschäft, zufällige Mutationen eine Aminosäure in eine andere verwandeln zu lassen und zu sehen, welche Wirkung sie hat“, betrachtet. Aber in Wirklichkeit bestehen Proteine ​​normalerweise aus mehreren Abschnitten, die Module genannt werden – das Mischen, Duplizieren und Modifizieren dieser Module ist eine gängige Methode, um ein nützliches neues Protein herzustellen.

Später im Buch beschäftigt sich Ball mit der philosophischen Frage, was einen Organismus zum Leben erweckt. Robustheit – die Fähigkeit eines Organismus, Veränderungen in sich selbst oder seiner Umgebung herbeizuführen, um ein Ziel zu erreichen – ist das Hauptaugenmerk des Autors. Er argumentiert, dass diese Kraft ganzen Organismen zuzuschreiben ist, nicht nur ihren Genomen. Gene, Proteine ​​und Prozesse wie die Evolution haben keine Ziele, der Mensch aber schon. Dasselbe gilt für Pflanzen und Bakterien auf einer einfacheren Ebene: Bakterien können beispielsweise einige Reize meiden und sich von anderen angezogen fühlen. Eine solche Dekonstruktion des Genoms widerspricht dem aktuellen Standarddenken in der Biologie, und ich glaube, dass eine solche Herausforderung dringend notwendig ist.

Die Neurowissenschaften brauchen neue Ideen

Paul ist nicht der Einzige, der ein radikales Umdenken in der Art und Weise fordert, wie Wissenschaftler über Biologie diskutieren. Im vergangenen Jahr gab es eine Reihe von Beiträgen in diesem Sinne, die von mir und anderen verfasst wurden^2–4. Sie identifiziert alle Gründe, die Funktion von Genen neu zu definieren. Sie alle geben Aufschluss über die physiologischen Prozesse, durch die Organismen ihre Genome steuern. Alle argumentieren, dass Entscheidungsfreiheit und Zweck definierende Eigenschaften des Lebens sind, die in traditionellen genzentrierten Ansichten der Biologie übersehen wurden.

Diese Explosion der Aktivität spiegelt die entmutigende Vorstellung wider, dass „es an der Zeit ist, die Geduld mit der alten Sichtweise zu verlieren“, sagt Paul. Die Genetik allein kann uns nicht dabei helfen, viele der Krankheiten zu verstehen und zu behandeln, die die größte Gesundheitsbelastung verursachen, wie etwa Schizophrenie, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs. Der Autor weist darauf hin, dass diese Erkrankungen im Wesentlichen physiologischer Natur sind – obwohl es genetische Komponenten gibt, werden sie durch Abweichungen von zellulären Prozessen verursacht. Und diese universellen Prozesse müssen wir verstehen, wenn wir Behandlungen finden wollen.

Letztlich kommt Paul zu dem Schluss: „Wir stehen am Anfang eines tiefgreifenden Umdenkens darüber, wie das Leben funktioniert.“ Meiner Meinung nach ist „Anfang“ hier das Schlüsselwort. Wissenschaftler müssen darauf achten, alte Lehren nicht durch neue zu ersetzen. Es ist an der Zeit, damit aufzuhören, so zu tun, als wüssten wir, wie das Leben funktioniert, und geben oder nehmen ein paar Kleinigkeiten. Stattdessen sollten wir zulassen, dass sich unsere Ideen weiterentwickeln, wenn in den kommenden Jahrzehnten weitere Entdeckungen gemacht werden. Während wir an diesen Entdeckungen arbeiten, wird es die große Aufgabe der Biologie im 21. Jahrhundert sein, im Ungewissen zu sitzen.

Konkurrierende Interessen

Der Autor gibt keine Interessenkonflikte an.