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Alt 20.11.2019, 20:08   #1   Druckbare Version zeigen
Mordor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 8
Evolution "linearer DNA"

Hallo zusammen,


ich hätte mal eine Frage die mich als Laien interessiert. Einfache Bakterien (zumindest die meisten) haben ja als bakterielles Chromosom eine zirkuläre in sich geschlossene DNA. Alle höher entwickelten Organismen und erst recht alle Mehrzeller so wie ich das verstanden habe, haben hingegen einen linearen Doppelstrang mit einem Anfang und am Ende mit Telomeren. Da diese einfachen Bakterien aus Sicht der evolution vorher entstanden sind und die Eukaryoten sich daraus entwicket haben stelle ich mir die Frage wo denn der evolutionäre Vorteil einer lineren DNA gegenüber einem Ring liegt? Es muss ja einen geben sonst hätte die Evolution das bei höheren Organismen (mit Ausnahme von Organellen wie den Mitochondrien) ja wieder eliminiert und nicht konserviert.

Leider finde ich dazu nicht wirklich Infos im Netz...

Könnt ihr mir weiterhelfen?


Liebe Grüsse
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Alt 21.11.2019, 07:40   #2   Druckbare Version zeigen
imalipusram Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.294
AW: Evolution "linearer DNA"

Mit Telomeren kann die Anzahl der Replikationen besser kontrolliert werden (Telomerenverkürzung/Telomerase). Bakterien sind eher drauf aus, sich unbegrenzt zu teilen.
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Und so gehts hier manchmal zu (sowas Ähnliches wie Fronleichnam, hier wird TuDiGong, dem Erdgott, tüchtig eingeheizt!) Oder so (auch ungeeignet für Gefahrstoffphobiker) und so und so.
imalipusram ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.11.2019, 10:15   #3   Druckbare Version zeigen
Mordor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 8
AW: Evolution "linearer DNA"

Hallo,
vielen herzlichen Dank für die Antwort. Ja das wäre natürlich eine logische Erklärung. Im englischsprachigen Wikipedia Artikel zu "Linear chromosome" steht noch eine interessante Idee nämlich dass mit zunehmender DNA größe es Probleme geben kann die DNA bei der Replikation zu "entwinden". Also vermutlich so ähnlich wie bei einem Wollkneul. Und daher zirkuläre DNA eher für kürzere DNA geeignet ist ...


In den englischen Wikiartikeln sind viele Detail oft immer viel ausführlicher erklärt als bei der deutschen Konkurrenz ...


Liebe Grüsse
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Alt 29.11.2019, 14:22   #4   Druckbare Version zeigen
dimmyb  
Mitglied
Beiträge: 9
AW: Evolution "linearer DNA"

Hi, Mordor,


die Gründe für die evolutionär "bevorzugte" lineare Form der DNA bei höheren Organismen liegt nicht an der DNA-Struktur per se, ob mit oder ohne Telomeren.

Die Gründe liegen eher in der Komplexität der höheren Organismen, und was dafür nötig ist, eine solche Komplexität auf molekularen Ebene überhaupt erst aufrecht erhalten zu können.

1. die Expressionaktivität der Gene ist viel höher. Die Expression der Gene bei Eukaryoten muss sehr streng und möglichst präzise reguliert werden. Diese Regulation erfordert einen Haufen von Proteinen, die dies regulieren. Eine zirkuläre DNA hat hier den Nachteil, dass sie nicht genug Platz bietet. Die Proteine, die die Expression regulieren formen in der Regel einen riesigen Komplex. Unterschiedliche Komplexe regulieren die Expression unterschiedlicher Gene, die oft räumlich nebeneinander liegen können. Auf einer linearen DNA können sich solche Proteinkomplexe eher an deren jeweilige Positionen an der DNA binden.


2. die Komplexität der Eukaryoten heißt, dass es viele Proteine für die unterschiedliche Funktionen gibt. Problem: die DNA hat nur 4 Basen zum kodieren. Es gibt nur 20 biogene Aminosäuren in höheren Organismen (in Bakterien 21 Aminosäuren), jede Aminosäure wird jeweils von einem Base-Triplett kodiert. Die höhere Organismen erfordern einen viel größeren Repertoir an Proteinen, die sowohl spezifische Funktionen haben, als auch sich überschneidende Funktionen. Das generiert zwangsweise einen größeren Genom. Ein größerer Genom lässt sich einfacher auf einen engen Raum (Zellkern) packen, wenn die Chromosome linear sind.


3. eine lineare DNA hat mehr "Komprimierungs-Freiheit". Eine lineare DNA ist bereits verdrillt, die verdrillte DNA wird nochmals um die Histone gewickelt und somit räumlich weiter kommprimiert etc. Lineare DNA ist aus evolutionären Sicht ein guter Kompromiss aus Genomgröße, den nötigen Platz für diese Genomgröße und gleichzeitig guter Zugriff auf die Gene für deren Expression.


4. Die Komplexität heißt oft eine präzise Funktions-Spezialisierung der Proteine. Das heißt wiederrum, der Raum für die Fehler ist viel kleiner als bei den Bakterien. Bei einer Mutation überlebt die Bakterie. Ein höheres Organismus eher nicht, je nach Mutation. Dies erfordert eine präzise Kontrolle bei Expression, DNA-Replikation etc. Deswegen sind bei Eukaryoten auch Fehlerkorrektur-Mechanismen mitevolviert. Und die Fehlerkorrekturen-Mechanismen sind auch Proteinkomplexe und sie brauchen auch Platz auf der DNA.


Hoffentlich, meine Erläuterung gibt dir eine Vorstellung davon und beantwortet deine Frage. Du hast eine sehr gute Frage gestellt!
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https://the-molecule-guy.blogspot.com/

Geändert von dimmyb (29.11.2019 um 14:42 Uhr)
dimmyb ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 29.11.2019, 16:18   #5   Druckbare Version zeigen
Mordor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 8
AW: Evolution "linearer DNA"

Hallo


vielen herzlichen Dank für deine sehr ausführliche und auch für den Laien verständliche Erklärung

Zitat:
Du hast eine sehr gute Frage gestellt!
Oh danke Ja ich finde das Thema auch hoch spannend. Auf den ersten (laienhaften) Blick hat eigentlich die zirkuläre DNA einen Vorteil hat da sie eben auch ohne Telomere auskommt und damit auch kein End Replikationsproblem hat dass man erst wieder mit Enzymen wie Telomerase "bekämpfen" muss. Aber wenn man natürlich sieht wie komplex höhere Lebewesen aufgebaut sind mit deinen guten Beispielen die du anführst dann wird das absolut nachvollziehbar dass bei höheren Lebewesen die Vorteile der lineraren überwiegen. Bei einfacheren Organismen wie Bakterien überwiegen dann die Vorteile der zirkulären da diese weniger Proteine synthetisieren müssen und auch weniger spezialisierte Funktionen haben.

Auch dein Beispiel mit der Komprimierbarkeit ist sehr anschaulich wenn ich das gedanklich mit einem Wollkneul vergleiche. Das könnte mit lauter linearen "Fäden" einfacher sein als wenn ich das Ding an einem Stück habe und die Enden verknote.





Vielen herzlichen Dank für die Antwort


Liebe Grüsse
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Alt 30.11.2019, 11:58   #6   Druckbare Version zeigen
dimmyb  
Mitglied
Beiträge: 9
AW: Evolution "linearer DNA"

Zitat:

Zitat:
Bei einfacheren Organismen wie Bakterien überwiegen dann die Vorteile der zirkulären da diese weniger Proteine synthetisieren müssen und auch weniger spezialisierte Funktionen haben.

Die bakterielle Proteine sind oft hoch spezifisch. Viele der Proteine haben eine echt coole und interessante Funktionsweise, die bei Eukaryoten nicht vorkommen und sie werden in der Forschung und in der Medizin verwendet z.B. CRISPR-Komplex



Ich habe so meine Schwierigkeiten, Telomere als einen Nachteil zu sehen. Was End replication problem angeht....ja, für die Replikationsmaschinerie ist das ein riesiges Kopfschmerz, wurde aber im Laufe der Evolution doch gut gelöst . Ein Problem ist es eher nicht, die Telomer-Region ist extrem hochkomplexe Stelle an der DNA, mit allem, was da abläuft. Aber es ist eher ein Schutzmechanismus.


Aber wiederrum...auch dies als einen Nachteil zu sehen, fällt mir auch schwer... Weil aus der Sicht der Evolution und der Art, wie wir, Säuger, als die höhsten Organismen funktionieren ist logisch gut nachvollziehbar. Aber hier muss man auch vorsichtig mit Interpretationen sein, weil wir Menschen dazu tendieren, alles aus unseren anthropozentrischen Sichtweise zu erklären, was manchmal keine gute Idee ist, weil man dabei Sachen hinein interpretiert, die es vielleicht gar nicht gibt...


Das Genom kann man ganz gut mit einem Wollknäuel vergleichen, stimmt. Ich kann diesen Vergleich sogar weiterentwickeln und an die Realität anpassen: jedes Chromosom ist ein Wollknäuel. Dann wäre ein Genom ein halbwegs runder Beutel mit viel zefransten Wollknäueln, gepackt auf einem engen Raum. Je aktiver ein Chromosom ist, desto zefranster ist der Wollknäuel.
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Alt 30.11.2019, 13:02   #7   Druckbare Version zeigen
imalipusram Männlich
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Beiträge: 7.294
AW: Evolution "linearer DNA"

Zitat:
Zitat von dimmyb Beitrag anzeigen
wie wir, Säuger, als die höhsten Organismen funktionieren
Ich fürchte mal, daß viele Prokaryoten deutlich höher entwickelt sind als Eukaryoten, besonders die Vielzeller und ganz speziell eine gewisse Spezies, welche sich gelegentlich für die Krone der Schöpfung hält. Schließlich sind erstere schon länger auf dem Plan.
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Alt 30.11.2019, 13:36   #8   Druckbare Version zeigen
Mordor Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 8
AW: Evolution "linearer DNA"

Zitat:
Zitat von dimmyb Beitrag anzeigen
Ich habe so meine Schwierigkeiten, Telomere als einen Nachteil zu sehen. Was End replication problem angeht....ja, für die Replikationsmaschinerie ist das ein riesiges Kopfschmerz, wurde aber im Laufe der Evolution doch gut gelöst . Ein Problem ist es eher nicht, die Telomer-Region ist extrem hochkomplexe Stelle an der DNA, mit allem, was da abläuft. Aber es ist eher ein Schutzmechanismus.

Ja das stimmt natürlich. Es hat sich einfach in der Natur ein Problem mit der Replikation linearer DNA ergeben und die Natur hat dann das mittels Telomere und Telomer verlängernden Maßnahmen wie Telomerase dann im Anschluss gelöst wodurch dieser Nachteil dann quasi ausgebügelt wurde. Allein dass diese Lösung für dieses Endreplikationsproblem von der Evolution gefunden wurde finde ich schon hoch spannend. Wenn man das aus Sicht der IT sieht ist die DNA schon richtig spannend: Ein digitale Informationssequenz (Code) die sich selbst ändert und selbst ergänzt bis irgendwann etwas sinnvolles herauskommt dass dann evolutionär konserviert wird und ggf. wieder weiterentwickelt wird Wenn man das aus dieser Sicht sieht dann finde ich dass man auch plötzlich jede noch so unscheinbare Pflanze richtig interessant findet. Alleine wie aus dieser Codesequenz selbstständig dieses Gebilde entstehen kann



Liebe Grüsse
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Alt 01.12.2019, 13:57   #9   Druckbare Version zeigen
dimmyb  
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Beiträge: 9
AW: Evolution "linearer DNA"

Zitat:
Zitat von imalipusram Beitrag anzeigen
Ich fürchte mal, daß viele Prokaryoten deutlich höher entwickelt sind als Eukaryoten, besonders die Vielzeller und ganz speziell eine gewisse Spezies, welche sich gelegentlich für die Krone der Schöpfung hält. Schließlich sind erstere schon länger auf dem Plan.

das ist aber misanthropisch Kann aber nachvollziehen, ich würde mich selbst als einen vorsichtig-optimistischen Misanthrop bezeichnen.

Wenn ich jetzt davon ausgehe, dass die Aussage "...viele Prokaryoten sind deutlich höher als Eukaryoten entwickelt..." nicht nur rein rhetorisch gemeint war, vertrette ich eine andere Ansicht: Eukaryoten sind höher entwickelt, mit Homo Sapience als am höhsten entwickelten Organismus. Wobei Homo Sapience nur ein kleine winzige Ast auf dem Evolutionsbaum ist.
Ich finde es nur nervig, dass eine kleine Population der Menschen, die blöd und einfach nur noch am lautesten sind, den ganzen unvorstellbar langen evolutionären Aufwand zunichte macht.....





Zitat:
Zitat von Mordor Beitrag anzeigen
...Ein digitale Informationssequenz (Code) die sich selbst ändert und selbst ergänzt bis irgendwann etwas sinnvolles herauskommt dass dann evolutionär konserviert wird und ggf. wieder weiterentwickelt wird Wenn man das aus dieser Sicht sieht dann finde ich dass man auch plötzlich jede noch so unscheinbare Pflanze richtig interessant findet....
definitiv faszinierend. Du hast "digitale Informationssequenz" erwähnt. Wegen der Ausdrucksweise: bist du ein (Bio)Informatiker? :-)
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Alt 01.12.2019, 14:22   #10   Druckbare Version zeigen
imalipusram Männlich
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Beiträge: 7.294
AW: Evolution "linearer DNA"

Zitat:
Zitat von dimmyb Beitrag anzeigen
Wenn ich jetzt davon ausgehe, dass die Aussage "...viele Prokaryoten sind deutlich höher als Eukaryoten entwickelt..." nicht nur rein rhetorisch gemeint war, vertrette ich eine andere Ansicht: Eukaryoten sind höher entwickelt, mit Homo Sapience als am höhsten entwickelten Organismus.
Eine Spezies, die es innerhaln weniger Generationen schaffen wird, einen ganzen Planeten zu ruinieren, kann man nun wirklich nicht als hochentwickelt bezeichnen, oder? Selbst, wenn man dazugehört. Einzeller werden mit der Situation sicher besser zurechtkommen. Zumindest aus der Sicht eine Bewohners von Knäcke Sieben werden Bakterien im Ranking bestimmt besser absahnen.

Geht man davon aus, daß alle Organismen auf einen gemeinsamen Vorläufer zurückgehen, sind mE alle gleich hoch entwickelt. Die Anpassung an den jeweiligen Lebensraum und die Anpassunsfähigkeit an Veränderungen desselben machen den Unterschied zwischen den Spezies und bescheren dann mehr oder weniger Überlebensglück, wenns mal dicke kommt im eigenen Zuhause.

Solange ich mich nicht mit einem Oktopus über den Sinn und Unsinn des Lebens austauschen kann, kann man sich nicht mal drüber streiten, wer nun höher entwickelt sein könnte.
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Alt 01.12.2019, 14:31   #11   Druckbare Version zeigen
Mordor Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 8
AW: Evolution "linearer DNA"

Hallo


ich habe viel mit "normaler" IT beruflich zu tun daher finde ich das Thema so spanndend dass die Natur sich eben auch einen "digitalen" Informationsspeicher bestehend aus 4 Basen ausgesucht hat. Und dass dieser Informationsspeicher auch noch die Baupläne alle Werkzeuge codiert und herstellen kann die er für die eigene Replikation benötigt finde ich noch viel Spannender



Liebe Grüsse
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Alt 02.12.2019, 13:55   #12   Druckbare Version zeigen
dimmyb  
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Beiträge: 9
AW: Evolution "linearer DNA"

Zitat:
Zitat von Mordor Beitrag anzeigen
ich habe viel mit "normaler" IT beruflich zu tun daher finde ich das Thema so spanndend dass die Natur sich eben auch einen "digitalen" Informationsspeicher bestehend aus 4 Basen ausgesucht hat. Und dass dieser Informationsspeicher auch noch die Baupläne alle Werkzeuge codiert und herstellen kann die er für die eigene Replikation benötigt finde ich noch viel Spannender
Wegen 4 Basen als die Grundlage für die genetische Kodierung ist absolut spannend. Ich kann das evtl. noch spannender machen:
die Erforschung von Origin of Life ist kein leeres Begriff sondern eine tatsächliche Unterdisziplin in der Biologie. Sie versuchen, die Frage zu beantworten, wie es überhaupt dazu kam, dass das Leben wie wir es auf der Erde kennen, entstanden ist. Aber um diese Frage überhaupt zu beantworten, muss man erst rausfinden und verstehen, wie organische Moleküle überhaupt entstanden sind. Die Experimente zeigen, dass die Genererierung der organischen Molekülen einfach vorprogrammiert war und zwar wegen den physisch-chemischen Eigenschaften der Elementen und den Verbindungen, die diese Elemente eingehen. Weitere Indizien zeigen, dass höhstwahrscheinlich die RNA als die erste genetische Speicherform entstanden ist. Das interessante ist (und spekulativ, da nur Indizien), dass nicht alle organische Moleküle genau diese Bandbreite der Funktion besitzen, die für einen organischen genetischen Speicher notwendig sind. Diese 4 Basen waren quasi "stochastisch vorprogrammiert", als fundamentale Einheit der organischen Information zu fungieren. Synthetisch lässt sich diese "Einschränkung" durch nur 4 Basen, theoretisch aufheben. Aber in der organischen Welt sind diese 4 Basen ein guter evolutionärer Kompromiss. Das ist eine Information, die du noch nicht weiß, dass du sie brauchst

Was IT angeht, besonders Hardcore-IT, ist nicht grad meine Stärke. Habe mal ab und zu mitbekommen, dass viele Forschergruppen and DNA als physischen Speicher forschern, quasi als Ersatz für die momentan üblichen USB-Sticks... Was ist deine Einschätzung des Speicherkapazität-Potentials von organischen Speicherungsform VS z.B. Flash-Speicher, der eigentlich auf einem quantenmechanischem Tunnel-Effekt basiert?
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Alt 02.12.2019, 21:21   #13   Druckbare Version zeigen
Mordor Männlich
Mitglied
Themenersteller
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AW: Evolution "linearer DNA"

Ach ja stimmt von diesen "Ursuppen" Experimenten hab ich auch schonmal gelesen. Das ist auch so eine interessante Geschichte dass alleine durch die Ladung der einzelne Moleküle und Atome die ja auch wieder aus der jeweiligen Elektronegativitäten der beteiligten Reaktionspartner hervorgehen, dass all dies quasi automatisch ein komplexes Molekül vorprogrammiert zusammensetzt. Und das dann in der Folge auch noch Informationen speicher kann in Form digitaler Basensequenzen. Aber wie man sieht, es funktioniert ja auf der Erde ganz prächtig

Ja da war auf Scinexx mal so ein Artikel dass Forscher das natürliche 4rer Alphabet durch einen synthetischen "Buchstaben" erweitern oder ersetzen konnten darüber hab ich mal was gelesen


Ja das stimmt das wird ab und an mal gemacht experimentell. Rein von der Logik her ist es ja machbar. Der Computer rechnet mit 2 Zuständen die DNA kann 4 speichern. Also kann man theoretisch beide Codes ineinander umrechnen ^^ So wie ich das binäre Dualsystem auf Computerebene auch im hexadezimalen 16ner System darstellen kann



Ja korrekt Flashspeicher bestehen aus Floating Gate Transistoren und die funktionieren mit dem Tunneleffekt. Da wird unter bestimmten Spannungsbedingungen ein Durchtunneln einer SiO2 Isolatorschicht induziert so dass Ladungen in das Floatinggate eingelagert und dann gefangen werden. Wenn die Ladung da eingesperrt ist haben wir eine 1 kodiert



Das ist schwer zu beantworten ich glaube dass DNA von der Kapazität definitiv die Nase vorne hat denn wenn man darauf Daten speichern will dann kann ich ja theoretisch einfach weitere Chromosomen synthetisch hinzuhängen wie eben eine weitere Lochkarte. Von der Datendichte ist die DNA jedenfalls super denn anders als Flash Zellen ist die ja nicht starr sondern wird ja erst beim Lesen durch Enzyme quasi ausgefaltet. Aber ich vermute dass das praktische Handling da schwer werden wird die effizient zu lesen und zu schreiben^^ Lustig wäre es ja wenn Fritz in die Schule kommt "Frau Lehrerin, meine Hausaufgabe ist über nach mutiert" Sorry den konnte ich mir nicht verkneifen ^^


Was ich mir in meinen Träumen wünschen würde: Ein schwer krebskranker Mensch lässt seinen Tumor sequenzieren. Mit einer Software wird am Rechner dann mit "Vorlage" DNA Sequenzen verglichen und danach gesucht welche Gene bei ihm defekt sind um das Wachstum der Krebszellen auszulösen. Dann wird in einem zweiten Schritt mit einem Biocompiler (Das analogon zum Softwarecompiler nur dass der eben keinen X64 Code erzeugt sondern DNA Code) aus der Software ein DNA Schnipsel (quasi eine Korrektur der defekten Sequenzen) erzeugt und synthetisiert. Aschließend soll diese Genscherer mit dem unaussprechlichen Namen diese Korrigierten Genschnipsel in alle Krebszellen hinein"infizieren" so dass dieser das Wachstum einstellt und sich ggf. sogar selbst zerstört.



Das wäre mal so meine Vision einer Krebstherapie in der fernen Zukunft. Wie viel davon Hirngespinst ist weiß ich als Laie nicht



Liebe Grüsse

Geändert von Mordor (02.12.2019 um 21:32 Uhr)
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Alt 03.12.2019, 06:15   #14   Druckbare Version zeigen
imalipusram Männlich
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Beiträge: 7.294
AW: Evolution "linearer DNA"

Zitat:
Zitat von Mordor Beitrag anzeigen
in alle Krebszellen hinein"infizieren" so dass dieser das Wachstum einstellt und sich ggf. sogar selbst zerstört.
Es wäre schon schön, wenn man es endlich mal hinbekommen würde, "Krebszellen" gezielt anzusteuern, so daß, egal, welche Therapieform man gerade ausprobieren will, diese auch effizient dorthin kommt, wohin sie soll und gesundes Gewebe dabei nicht nennenswert geschädigt wird.
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Alt 03.12.2019, 07:02   #15   Druckbare Version zeigen
Mordor Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 8
AW: Evolution "linearer DNA"

Ja da gebe ich dir völlig recht... Die spezifisch wirkende CAR-T Zelltherapie hat ja auch das Problem dass die nur an gewissen Oberflächenmarkern Krebszellen erkennen kann und wenn diese die Marker im Verlauf weiterer Mutationen "ausschalten" wird die CAR-T Wirkungslos... Daher hoffe ich ja dass mit der Genschere wesentlich potentere Waffen geschaffen werden um auf Genebene den Fehler zu entdecken und zu korrigieren. Die andere Frage wäre wenn man enen Patient hat bei dem kein Verfahren anschlägt ob man dann nicht einfach breitbandig in allen Zellen mittels Genschere die Intakte Genkopie einbaut. Die Zellen die das korrekte Material tragen werden (sofern es richtig eingebaut wird) dadurch ja nicht beeinflusst und bei Krebszellen mit dem Defekten Gen wird der abschnitt eben mit dem Korrekten Material "geupdatet" und verliert so hoffentlich die Kanzerogenen Eigenschaften die sie zu Krebstellen machen.

Aber das ist wie gesagt nur ein Gedankenexperiment ob das wirklich mal so funktionieren wird keine Ahnung. Aber Hoffnung habe ich schon in diese Genschere da die ja angeblich was man so liest wirklich hochpräzise arbeiten kann. Aber hier spricht eben wieder der Laie ^^



Liebe Grüsse
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