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Apr 28, 2023

Zellen, nicht DNA, sind die Meisterarchitekten des Lebens

Gene sind keine Blaupause für einen Organismus, sondern lediglich Werkzeuge, die das Leben nutzt

Gene sind keine Blaupause für einen Organismus, sondern lediglich Werkzeuge, die von den wahren Baumeistern des Lebens verwendet werden: den Zellen.

Alfonso Martinez Arias ist ICREA-Forschungsprofessor in der Abteilung für Systembiotechnik der Universitat Pompeu Fabra in Barcelona.

Dieser Aufsatz ist eine Adaption seines kommenden Buches „The Master Builder: How the New Science of the Cell Is Rewriting the Story of Life“ (Basic Books, 2023).

Denn du hast mein Inneres geformt; Du hast mich im Mutterleib zusammengestrickt. Ich preise dich, denn ich bin furchtbar und wunderbar gemacht. – Psalm 139: 13–14

Jedes Tier und jede Pflanze auf der Erde hat eine unglaubliche Schönheit: die Majestät einer Eiche, das zarte Gewebe eines Schmetterlings, die Anmut einer Gazelle, die herrische Präsenz eines Wals und natürlich wir Menschen mit unserer Mischung aus Wundern und fatale Fehler. Woher kommt das alles? In der Maya-Tradition ist die Antwort Mais; Andere Kulturen schlagen verschiedene Formen von Eiern als Quelle vor. In vielen Geschichten ist der Ursprung ein lehmartiges Material, das durch die Macht und Vorstellungskraft eines mächtigen Wesens geformt wurde, das ihm Leben einhaucht. Aus solchen Anfängen folgt die Vermehrung und die Erde wird bevölkert, obwohl es kaum Einzelheiten darüber gibt, wie dies geschieht.

Im vergangenen Jahrhundert haben Wissenschaftler eine materielle Erklärung für die Quelle des Lebens entdeckt, die keines göttlichen Eingreifens bedarf und einen roten Faden über Äonen hinweg für alle Lebewesen bietet, die existieren oder jemals existiert haben: Desoxyribonukleinsäure – DNA. Obwohl kaum Zweifel daran bestehen, dass Gene etwas damit zu tun haben, was wir sind und wie wir entstehen, ist es schwierig, die Frage genau zu beantworten, welche Rolle sie dabei genau spielen.

Ein genauerer Blick darauf, wie Gene funktionieren und was sie leisten können, im Vergleich zu dem, was sie angeblich leisten, lässt Zweifel an der Behauptung aufkommen, dass insbesondere das Genom eine „Bedienungsanleitung“ für uns oder jedes andere Lebewesen enthält. Wenn es um die Erschaffung von Organismen geht, haben wir eine andere Kraft übersehen – oder genauer gesagt, vergessen. Der Ursprung und die Kraft dieser Kraft sind Zellen.

Was Sie und mich zu individuellen Menschen macht, ist nicht ein einzigartiger DNA-Satz, sondern eine einzigartige Organisation von Zellen und ihren Aktivitäten. Ein Beispiel dafür ist die Geschichte von Karen Keegan, einer 52-jährigen Frau, die dringend eine neue Niere braucht.

Nach Rücksprache mit Ärzten wusste Karen, dass die Niere eines Spenders genetisch sehr genau übereinstimmen musste, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass ihr Immunsystem sie als fremden Eindringling abwehrte. Sie hatte Glück, hatten ihr die Ärzte gesagt. Als Mutter von drei erwachsenen Söhnen war es sehr wahrscheinlich, dass sie in ihrer unmittelbaren Familie einen Partner finden würde. Nach den Regeln der genetischen Vererbung würde jedes ihrer Kinder etwa die Hälfte seiner DNA mit ihr teilen, was sie alle zu guten Spendern machen würde. Es ging nur darum, einen Test durchzuführen, um herauszufinden, welcher Sohn am besten zu ihr passte, basierend auf der genauen DNA, die er von ihr geerbt hatte. Doch als die Testergebnisse aus dem Labor eintrafen, erlebte Karen einen Schock: Zwei ihrer drei Söhne könnten nicht ihre sein, sagten die Ärzte, weil sie nicht genügend DNA teilten.

Bei dem Test müsse ein Fehler passiert sein, protestierte Karen. Sie war schwanger und hatte alle drei Söhne zur Welt gebracht; Sie hatte gespürt, wie sie in ihrem Inneren wuchsen (und traten!).

Lynn Uhl, eine Fachärztin im Krankenhaus, kannte Karen und wusste, dass Karen die Kinder zur Welt gebracht hatte. Die Wahrscheinlichkeit, dass nicht nur einer, sondern gleich zwei von Karens Söhnen bei der Geburt versehentlich vertauscht worden waren, war astronomisch unwahrscheinlich. Ebenso bestand die Möglichkeit, dass es im Blutlabor zu einer Verwechslung gekommen war. Aus einer Ahnung heraus beschloss Uhl, Karens Blutprobe mit etwas Gewebe aus einem anderen Teil von Karens Körper zu vergleichen. Dieser Test löste das Rätsel: Karen hatte keine einzige DNA-Sequenz oder kein Genom in ihren Zellen. Sie hatte zwei.

Vor 53 Jahren, zu Beginn der Schwangerschaft von Karens Mutter, waren zwei getrennte Eizellen unabhängig voneinander befruchtet worden, wodurch zwei getrennte Zellklumpen mit jeweils eigener DNA entstanden waren. Irgendwann in der rasanten Zellteilung und -vermehrung, die auf die Befruchtung der Eizelle durch Spermien folgt, verschmolzen die beiden Zellgruppen zu einer. Anstatt sich zu Zwillingen zu entwickeln, entwickelten sie sich zu Karen, wobei die Zellen beider Bälle zufällig über ihren Körper verteilt waren. Während der größte Teil von Karens Körper Zellen aus einer der Gruppen enthielt, kam es zufällig vor, dass zwei ihrer Söhne aus Eiern stammten, die von der anderen Gruppe erzeugt worden waren.

Menschen, die mehr als ein vollständiges Genom tragen, werden Chimären genannt, nach dem feuerspeienden Löwen der griechischen Mythologie, aus dessen Rücken der Kopf einer Ziege und aus dessen Schwanz der Kopf einer Schlange wächst. Der Begriff bedeutet, dass es sich um Kombinationen von mehr als einer Kreatur handelt. Karen ist nicht die Einzige, die eine natürliche Chimäre ist. Tatsächlich wurde die erste menschliche Chimäre 1953 identifiziert, im selben Jahr, in dem die Doppelhelixstruktur der DNA entdeckt wurde. Und heute schätzen einige Wissenschaftler, dass etwa 15 % der Menschen Chimären sind. Manchmal werden nur Blutzellen vermischt, aber manchmal, wie im Fall von Karen, beginnen sich zwei getrennt befruchtete Eizellen zu entwickeln und verschmelzen dann miteinander.

Seit dem Tag, als James Watson und Francis Crick ihr Modell der Doppelhelix zur Erklärung der DNA-Struktur vorstellten, sind wir von den Genen fasziniert. Wir gehen davon aus, dass jeder Aspekt von uns durch unsere DNA bestimmt wird, von der Farbe unserer Augen bis hin zu unserer Neigung zu einer bestimmten Krankheit.

Nach Ansicht einiger legt die DNA sogar die Parameter für die intellektuellen Fähigkeiten oder das Temperament einer Person fest: Es liegt in ihren Genen, würden Eltern über ein Kind sagen. Wir nehmen einen Zellabstrich von der Wange und lassen unsere DNA testen, um herauszufinden, „wer wir sind“, als ob die Rückverfolgung, welche Gene wir von wem geerbt haben, uns in diesem Moment etwas über uns selbst verrät. Die DNA ist für unser Identitätsgefühl so zentral geworden, dass wir sie sogar als Metapher für soziale Organisationen verwenden: Sie liegt in unserer DNA als Unternehmen, sagt ein CEO, oder als Team, sagt ein Trainer.

Doch Chimären sind nur eine Möglichkeit, wie uns die Natur zeigt, dass die DNA nicht definiert, wer wir sind. Karen wird nicht durch eine DNA-Sequenz definiert; sie hat zwei. Die Veröffentlichung des menschlichen Genoms leitete eine Ära ein, in der die Menschen glauben, dass die meisten nichtinfektiösen Krankheiten eine genetische Grundlage haben, was den Zusammenhang zwischen DNA und Identität unterstreicht. Für Erkrankungen, die mit einem Fehler in einem einzelnen Gen zusammenhängen – wie Mukoviszidose, Hämophilie oder Sichelzellenanämie – wird ein Fokus auf DNA Wissenschaftlern mit ziemlicher Sicherheit die Entwicklung von Heilmitteln ermöglichen.

Kürzlich entwickelte Spitzentechnologien wie CRISPR – die sogenannte genetische Schere, die die Bearbeitung von DNA nach Belieben ermöglicht – haben eine Reihe potenzieller Behandlungen hervorgebracht. Beispielsweise wurde gezeigt, dass Gen-Editing-Eingriffe mit CRISPR eine einzelne Veränderung in der DNA für das Beta-Globin-Gen reparieren, das Sichelzellenanämie verursacht, und dadurch die Gesundheit von Personen wiederherstellen. Weitere Anwendungen und Behandlungen sind in Planung.

Aber auch in solchen Fällen gibt es Probleme. Der Zusammenhang zwischen Veränderungen in einem Gen und einer Funktionsstörung ist normalerweise nicht so eindeutig wie im Fall der Sichelzellenanämie. Mutationen in den Genen für Brustkrebs Typ 1 (BRCA1) oder Typ 2 (BRCA2) erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass der Körper nicht die funktionellen Proteine ​​produzieren kann, die zur effektiven Zerstörung von Krebszellen im Brustgewebe erforderlich sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Sie Krebs bekommen werden Krebs.

Die Zuordnung von Genmutationen zu Zellfehlfunktionen kann uns helfen zu verstehen, was passiert, wenn ein Gen fehlerhaft ist oder fehlt, aber häufiger als Sie denken, sagt uns die Beobachtung nicht, wie Zellen die normale Form des Gens verwenden, um normale Gewebe und Organe herzustellen. Tatsächlich können über 60 % der Geburtsanomalien nicht mit bestimmten Genen in Verbindung gebracht werden. Viele chronische Krankheiten werden nicht durch eine genetische Veranlagung verursacht, sondern durch die Art und Weise, wie Zellen auf ihre Umgebung reagieren – darunter auch Brustkrebs, wo nur 3 % der diagnostizierten Personen eine Mutation in ihren BRCA1- oder BRCA2-Genen aufweisen.

Natürlich tragen Gene Informationen, die zu unserem Wesen beitragen. Eineiige Zwillinge sind das klassische Beispiel – sie teilen bei der Geburt ihre gesamte DNA und sehen sich unheimlich ähnlich. Gleichzeitig können eineiige Zwillinge, die im selben Haus aufwachsen, unterschiedliche Persönlichkeiten, unterschiedliche Gesundheitszustände und manchmal auch unterschiedliche körperliche Merkmale entwickeln. Die Frage ist nicht, ob die DNA etwas mit unserem Aussehen oder Verhalten zu tun hat, sondern vielmehr, welche Rolle sie genau spielt.

Es ist seltsam, wie völlig wir einer genzentrierten Sicht des Lebens nachgegeben haben. Wir kennen die Funktionsweise von Zellen seit weit über einem Jahrhundert und haben durch jahrelange Studien ihren Inhalt und ihre Organisation im Detail kennengelernt. Einige kennen wir als wesentliche funktionale Einheiten. Das Immunsystem besteht aus einer Armee von Zellen, die Infektionen bekämpfen und Verletzungen heilen, während Neuronen Informationen verarbeiten, um unsere Bewegungen und Gedanken zu erzeugen und zu steuern.

Jüngste Fortschritte in unserer Fähigkeit, den Inhalt und die Aktivitäten von Zellen zu untersuchen, haben gezeigt, dass sie dynamische Einheiten sind, die Zeit und Raum erschaffen und zerstören können. Wir haben ihre Interaktionen gefilmt und beobachtet, wie sie in Gruppen daran arbeiten, Organismen aufzubauen und zu erhalten. Wir haben gelernt, dass unser Körper in ständigem Wandel ist, weil die Zellen, aus denen er besteht, selbst in ständigem Wandel sind. Wenn wir das Leben aus der Perspektive der Zelle betrachten, ergibt sich ein atemberaubendes Bild räumlicher und zeitlicher Choreografien.

Ich habe meine Karriere der Untersuchung gewidmet, wie Zellen zusammenkommen, um Organe und Gewebe bei Tieren zu bilden, von Fruchtfliegen über Mäuse bis hin zu Menschen. Und es macht mir zunehmend Unbehagen darüber, wie oft Gene für Dinge verantwortlich gemacht werden, mit denen sie nichts zu tun haben. Die Genetik lieferte wichtige Einblicke in die Prozesse der Tier- und Pflanzenentwicklung, aber wir haben das, was Gene erklären können, überstrapaziert.

Der Grund ist einfach. Genetiker waren so erfolgreich darin, Veränderungen in Genen zu finden, die mit Funktionsstörungen in Zusammenhang stehen, dass wir in die Falle getappt sind, Korrelation mit Kausalität gleichzusetzen. Wir haben die Methode in eine Erklärung verwandelt. Wir haben Werkzeuge zur Erforschung des Lebens in Architekten und Erbauer des Lebens verwandelt. Wie der berühmte französische Mathematiker Henri Poincaré es vielleicht ausgedrückt hätte: Zellen sind genauso wenig ein Haufen von Genen wie ein Haus ein Haufen Ziegel.

Kritiker könnten argumentieren, dass es hier nichts gibt, was die genzentrierte Sichtweise von Entwicklung und Evolution in Frage stellen könnte. Schließlich sind Zellen eine unvermeidliche Folge der Aktivität und Interaktion der Gene, die in ihren Genomen liegen. Daran ist etwas Wahres dran, aber Zellen verfügen über Kräfte, von denen die DNA nicht einmal träumen kann. Die DNA kann den Zellen keine Befehle senden, sich innerhalb Ihres Körpers nach rechts oder links zu bewegen oder das Herz und die Leber auf gegenüberliegenden Seiten Ihres Brustkorbs zu platzieren. Die DNA kann weder die Länge Ihrer Arme messen noch die symmetrische Platzierung Ihrer Augen über die Mittellinie Ihres Gesichts bestimmen. Wir wissen das, weil jede einzelne Zelle eines Organismus im Allgemeinen dieselbe DNA mit derselben monotonen Struktur enthält.

Zellen können Befehle senden, Längen messen und vieles mehr. In Chimären wie Karen Keegan verhandeln Zellen die Unterschiede zwischen den beiden Genomen, die zusammenkommen, um einen Körper zu bilden. Um ihre meisterhafte Arbeit zu leisten, nutzen Zellen Gene und entscheiden, welche aktiviert und exprimiert werden und welche nicht, um zu bestimmen, wann und wo die Produkte der Gene eingesetzt werden.

Ein Organismus ist die Arbeit von Zellen. Gene liefern lediglich Materialien für ihre Arbeit.

Im Laufe jahrelanger Experimente in meinem Labor und anderswo haben Zellen erstaunliche Fähigkeiten gezeigt. Unsere Experimente begannen mit dem Versuch zu verstehen, warum sich Zellen in Kulturen anders verhalten als im Embryo. Wir haben herausgefunden, dass sich eine bestimmte Art von Mausstammzellen – also Zellen, aus denen jede Art von Organ oder Gewebe entstehen kann – unter bestimmten Bedingungen auf einer Petrischale herumtreiben lässt, voneinander unterscheidet; Sie erzeugen die verschiedenen Zelltypen, aus denen der Embryo besteht, tun dies jedoch auf unorganisierte Weise.

Wenn jedoch dieselben Zellen mit denselben Genen in einen frühen Embryo eingebracht werden, tragen sie zuverlässig zum Embryo bei. Gleiche Zellen, gleiche Gene. An der Entstehung eines Embryos muss also etwas anderes als Gene beteiligt sein.

Wir haben dies weiter bewiesen, indem wir im Labor Bedingungen entwickelt haben, unter denen die Zellen viele der Prozesse nachahmen, die zur ersten Organisation eines Körperplans in einem Embryo führen. Die Fähigkeit, Zellen zum Aufbau von Strukturen zu nutzen, die Gewebe und Organen und sogar Embryonen im Labor ähneln, stellt die Geburt einer neuen Art der Technik dar, die es Zellen ermöglicht, uns zu zeigen, was sie zum Aufbau von Organismen benötigen, indem sie ihre Werkzeuge verwenden und ihre Regeln befolgen.

Durch diese Forschung habe ich eine kreative Spannung zwischen Genen und Zellen erkannt, die den Kern der Biologie ausmacht. Zellen vermehren sich nicht nur, regulieren, kommunizieren, bewegen und erforschen; Sie zählen auch, spüren Kraft und Geometrie, schaffen Formen und lernen sogar.

Du warst nie nur ein Gen oder auch nur eine Ansammlung von Genen. Stattdessen können Sie Ihre Herkunft sicher bis zu einer ersten einzelnen Zelle im Mutterleib zurückverfolgen. Als diese erste Zelle entstand, begann sie, Dinge zu tun, die nicht in der DNA festgehalten sind. Während es sich vermehrte, schuf es einen Raum, in dem die entstehenden Zellen Identitäten und Rollen annahmen, Informationen austauschten und ihre relativen Positionen zueinander nutzten, um Gewebe aufzubauen, Organe zu formen und schließlich einen ganzen Organismus hervorzubringen – Sie.

Das 20. Jahrhundert war das Jahrhundert des Gens. Es begann mit der Wiederentdeckung der Arbeit von Gregor Mendel und der Bestätigung, dass das Wesen der Vererbung in diskreten Einheiten biologischer Informationen liegt, die von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden. Im Laufe des Jahrhunderts kam es zu einer aufregenden Reihe von Entdeckungen, die diese Einheiten in Chromosomen einordneten und zeigten, dass sie verändert oder mutiert werden können und dass einige dieser Veränderungen mit unserer Gesundheit zusammenhängen. Am bedeutsamsten ist, dass Gene innerhalb dieser ikonischen Doppelhelix aus DNA bestehen.

Kurz darauf folgte die Aufklärung des genetischen Codes und des Mechanismus, der Gene in Proteine ​​übersetzt und wie diese Funktionen wie den Transport von Sauerstoff durch den Körper oder die Konfiguration eines Zytoskeletts erfüllen. Später wurden Gene mit der Entwicklung in Verbindung gebracht, und das Jahrhundert endete mit der Enthüllung eines Entwurfs des menschlichen Genoms und dem Gefühl des Triumphs, dass wir nun das „Buch des Lebens“ lesen – und in jüngerer Zeit sogar neu schreiben konnten.

Diese Entdeckungen führten zu überheblichen Behauptungen, dass wir nun über „die vollständigen Anweisungen für unsere Entwicklung verfügen, die den Zeitpunkt und die Einzelheiten der Bildung des Herzens, des Zentralnervensystems, des Immunsystems und aller anderen lebenswichtigen Organe und Gewebe bestimmen“. wie Charles DeLisi einmal sagte. Angesichts dieser erstaunlichen Geschichte ist es kein Wunder, dass das Gen einen solchen Zauber auf uns ausgeübt hat.

Aber das Genom ist eigentlich kein Bauplan für einen Organismus oder seinen Architekten. Soweit darin ein Entwurf enthalten ist, handelt es sich um den Entwurf für ein anderes Genom, nicht für einen Organismus.

Es wäre natürlich töricht zu behaupten, dass Gene nichts damit zu tun haben, wer und was wir sind; tun sie. Aber sie sind nicht die Herren unseres Seins und unseres Schicksals, als die sie dargestellt wurden. Der Begriff „Toolbox“ wird oft in Umlauf gebracht, ohne jemals eine Antwort auf die Frage zu geben, wer oder was die Tools auswählt und verwendet. Diese schwer fassbare Einheit ist die Zelle.

Dennoch hat die genzentrierte Sichtweise eine Form der Tyrannei etabliert, bei der Gene nicht nur über unsere Vergangenheit und Gegenwart, sondern auch über unsere Zukunft herrschen. Als ein Extrem dieser Denkweise hat der Psychologe und Genetiker Robert Plomin gesagt, dass so ziemlich alles darüber, wer und was wir sind und wer und was wir werden werden, vom Moment unserer Empfängnis an in unseren Genen festgeschrieben ist. Er hat vorgeschlagen, dass soziale Interaktionen oder die Umwelt wenig dazu beitragen können, die Macht der Gene außer Kraft zu setzen; Wir können nur unser genetisches Selbst anerkennen und es umgehen. Solche Ansichten sind eine natürliche Erweiterung der Idee, dass das Genom unsere Arbeitsanweisungen enthält.

Aber ohne eine Zelle bedeutet ein Genom nicht viel. Bei Lebewesen, vom Virus bis zum Menschen, sind es Zellen, die diesen Nukleinsäuresequenzen Bedeutung verleihen, indem sie Abschnitte davon in Proteine ​​übersetzen. Es sind Zellen, die diese Proteine ​​nutzen, um sich selbst zu pflegen und zu reparieren. Am wichtigsten ist, dass es Zellen sind, die mit anderen Zellen zusammenarbeiten, um einen Organismus aufzubauen. Die Zelle entscheidet, welche Gene zu welchen Zwecken wann verwendet werden, anstatt den Genen ausgeliefert zu sein, eine Leistung, die während der Entwicklung eines Embryos ihre größte Pracht entfaltet.

Ende des 19. Jahrhunderts wurde wissenschaftlich anerkannt, dass die Zelle die grundlegende Grundeinheit biologischer Systeme sei. Die Konsequenzen dieser Erkenntnis wurden jedoch ignoriert, zunächst aufgrund mangelnden Verständnisses über die Funktionsweise von Zellen und später aufgrund unserer Obsession mit Genen. Dies wird endlich mit der Entdeckung korrigiert, dass wir Zellen dazu bringen können, in einem Labor embryonale Strukturen aufzubauen, ohne an ihren Genomen herumzubasteln, sondern einfach ihre Sprache verwenden, um mit ihnen zu kommunizieren und ihre Aktionen dorthin zu steuern, wo wir wollen.

Es ist wirklich bemerkenswert: Wenn man Zellen auf einer flachen Oberfläche züchtet, breiten sie sich aus oder runden sich auf, abhängig von der Kultur, in der sie gezüchtet werden, und folgen möglicherweise sogar Programmen der Genexpression und nehmen unterschiedliche zelluläre Schicksale an. Aber sie werden sich nicht mit der Herstellung eines Organs befassen, geschweige denn eines Embryos.

Platzieren Sie dieselben Zellen in drei Dimensionen, und abhängig von der anfänglichen Anzahl erzeugen sie entweder Chaos oder eine embryoähnliche Struktur und weben Blätter, die sie in verschiedene Formen formen können – die Röhren des Darms und des Rückenmarks, die Kammern des Darms Herz, die Falten des Gehirns.

Wenn wir embryonale Strukturen erhalten, können wir erkennen, warum Zellen mit denselben Genen diese Gene unterschiedlich nutzen, in unterschiedlichen Zeiträumen unterschiedliche Räume schaffen und so die verschiedenen Gewebe und Organe aufbauen, aus denen wir bestehen. Gleiche Gene, unterschiedliche Ergebnisse, abhängig von der unmittelbaren Umgebung der Zellen. Aus den Interaktionen und der Kommunikation von Billionen von Zellen entstehen wir. Die Zelle ist der Architekt, der Baumeister.

Ein Kritiker könnte einwenden, dass ich Zellen mit mystischen Fähigkeiten ausstatte, indem ich die Macht der Zellen gegenüber der der Gene hervorhebe, die unser Verständnis des Lebens ebenso wenig voranbringt wie die reduktionistische Genetik. Und es ist wahr, dass unser Verständnis der Funktionsweise von Zellgruppen noch am Anfang steht und wie sie zur Gastrulation, zum Aufbau eines Arms oder eines Herzens beitragen.

Aber es ist klar, dass wir keine Fortschritte machen werden, indem wir einfach die Gene katalogisieren, die Zellen exprimieren; Wir müssen uns mit den entstehenden Eigenschaften befassen, die Zellen entstehen lassen und die aus der Funktionsweise von Zellen entstehen, die Elemente finden, die sie antreiben, und lernen, sie zu kontrollieren. Zellen können nicht immer so einfach gezählt, gemessen und verglichen werden wie DNA- und Genmutationen, aber wir verfügen über einige Techniken, um die Aktivitäten von Zellen zu beobachten, insbesondere wie sie miteinander kommunizieren und koordinieren.

Die elektrische Aktivität von Neuronennetzwerken kann in Elektroenzephalogrammen und anderen Scans aufgezeichnet werden; die Leistung des Herzens kann durch Elektrokardiogramme überwacht werden; Die Arbeit des Immunsystems lässt sich anhand spezifischer Ergebnisse als Körperreaktionen messen. Während uns derzeit vergleichbare Techniken zur Überwachung der Aktivitäten von Zellen in Embryonen und unserem Gewebe fehlen, geschweige denn zur Quantifizierung, wie Zellen während der Embryonalentwicklung Raum und Zeit schaffen, lernen wir.

Wenn wir embryonale Strukturen untersuchen und die Funktionsweise unserer Zellen besser verstehen, können wir die Natur der Beziehung zwischen Zellen und Genen detaillierter erforschen und neue Seiten in der Geschichte der Biologie schreiben. Es kann sein, dass Zellen in anderen Fällen als bei Krebs die Kontrolle über Gene verlieren oder abgeben. Was für eine bemerkenswerte Sache das wäre: ein faustischer Pakt, der in jedem lebenden Organismus ständig neu ausgehandelt wird. Doch bis wir die Kraft der Zellen erkennen, bleiben solche dynamischen Aspekte biologischer Systeme für uns unsichtbar.

Zellen bergen ein kreatives Potenzial, von dem Gene nicht träumen können. Während Gene ein Substrat für die Transkription und Replikation bereitstellen, weisen Zellen ein breiteres Repertoire an Aktivitäten bei der vielseitigen und komplexen Arbeit von Proteinen auf, wenn sie Gewebe und Organe zu Embryonen und vollwertigen Organismen formen.

Es wird oft gefragt, wie solch ähnliche Genome so unterschiedliche Tiere wie Fliegen, Frösche, Pferde und Menschen bilden können. Das eigentliche Wunder besteht jedoch darin, wie dasselbe Genom im selben Organismus so unterschiedliche Strukturen wie Augen und Lunge aufbauen kann. Geben wir den Zellen das, was ihnen zusteht.

Das Leben aus der Perspektive einer Zelle zu betrachten, kann sich manchmal chaotisch anfühlen. Es wird definitiv chaotischer sein als die digitale, abstrakte Sicht auf uns selbst, die wir durch das Studium unserer Gene gewinnen, aber wir sollten bedenken, dass dies der Beginn einer neuen Periode in der Geschichte der Biologie ist und dass dies, wie in anderen Perioden der Wissenschaft auch, der Fall ist Am Anfang wird es etwas Nebel geben.

Ein Blick auf die Biologie aus der Zellperspektive wird ein umfassendes Verständnis unseres Wesens und unserer Vergangenheit ermöglichen. Es wird den Streit zum Ausdruck bringen, der stattfand, als Tiere auf der Erde auftauchten, die Spannung zwischen egoistischen Genen und der intrinsischen kooperativen Natur von Zellen. Dies wurde gelöst, indem die Zellen die Kontrolle über das Genom übernahmen, um die ihren Kräften innewohnende Kreativität zu erforschen und eine Trennlinie – die Keimzellen – zu schaffen, damit die Gene sicher an die nächste Generation weitergegeben werden können, wo sich die Geschichte wiederholt.

Wenn wir uns aus der Perspektive von Zellen betrachten, kommen wir anderen Tieren näher – viel näher als die Überlappung in den Genomen – und die unheimlich ähnliche Skizze des frühen Körpers deutet auf einen großartigen Plan des Lebens hin, den wir gerade erst zu entdecken beginnen.

Ein Wandel in unserem Verständnis darüber, wie wir geschaffen sind und wer wir sind, ist im Gange: Anstatt jedes Detail der Biologie zu bestimmen, werden Gene in die Aktivität von Zellen integriert. Ich kann mir eine Zukunft vorstellen, in der ein zellbasiertes Verständnis biologischer Systeme uns dabei helfen kann, Krankheiten zu bekämpfen und unser Leben zu verbessern, und zwar mit noch größeren Vorteilen, als uns unser derzeitiges Verständnis des Gens bietet. Einen ersten Eindruck davon können wir am Erfolg der Immuntherapie gewinnen, bei der die Zellen des Immunsystems darauf trainiert werden, Tumore aufzuspüren und zu zerstören, sowie an den Aussichten, die wir in Zukunft erwarten, wenn es darum geht, zu verstehen, wie Zellen altern und wie dieser Prozess umgekehrt werden kann.

Während Zellen ihre Geheimnisse preisgeben und die Art und Weise enthüllen, wie sich Struktur und Funktion parallel entwickeln, werden die Möglichkeiten der regenerativen Medizin nahezu grenzenlos sein. Wir wissen noch nicht viel darüber, wie Zellen zusammenkommen, um das Genom zu nutzen, aber die Antworten sind da draußen und beginnen in der Funktionsweise unserer embryoähnlichen und organoiden Zellwunder ans Licht zu kommen. Das Jahrhundert, das jetzt in vollem Gange ist, ist und bleibt das Jahrhundert der Zelle.