Zellleben: Teilung für Unsterblichkeit oder Reproduktion mit dem Alter

Erstens können bei Eukaryoten (soweit mir bekannt ist) ältere Zellen aufgrund von Telomerverkürzung von jüngeren Zellen unterschieden werden , es gibt also einen Alterungsprozess. Die von @Gary Chou erwähnten HeLa-Zellen haben eine aktivere Telomerase , die die Verkürzung der Telomere mildert und es den Zellen ermöglicht, sich unbegrenzt weiter zu teilen. Ich denke, es ist eine sehr interessante Frage, ob diese Unsterblichkeit jegliches Gefühl von "älteren" und "jüngeren" Zellen aus der HeLa-Zellkultur beseitigt. Ich vermute nicht, aber ich bin mir nicht sicher über die Einzelheiten.

Im Allgemeinen wird diese Frage davon abhängen, wie sich ein Organismus teilt (wir sprechen ab jetzt von Einzellern). Beispielsweise ist die Hefe Saccharomyces cerevisiae eine knospende Hefe, was bedeutet, dass sie sich teilt, indem sie eine kleinere Zelle von der größeren Zelle abknospt. Dies ermöglicht eindeutig eine Interpretation von "Mutterzellen" und kleineren "Tochterzellen". Wie zahlreiche Forschungen zum Altern von S. cerevisiae gezeigt haben, unterliegt die Mutterzelle, abgesehen davon, dass sie größer ist, einer replikativen Alterung : Mit der Zeit ist die Mutterzelle weniger fähig zu wachsen und sich zu teilen – sie wird alt!

Der vielleicht interessanteste Fall von allen (und vielleicht der, an den Sie gedacht haben) ist, wenn sich der Organismus symmetrisch teilt, wie die Bakterien, die eine binäre Spaltung durchlaufen . Jahrzehntelang sahen, soweit Wissenschaftler das beurteilen konnten, die beiden Zellen, die das Produkt der Teilung eines Bakteriums waren, identisch aus, und alle Messungen schienen darauf hinzudeuten, dass die Zellen "Schwestern" waren, dh genau gleich, beide neugeboren. Wenn sich also Bakterien unter den richtigen Bedingungen unbegrenzt weiter teilen konnten, schien es, dass Bakterien unsterblich waren, da jede Teilung die Alterungsuhr für jedes Bakterium zurücksetzte.

Eine wegweisende Studie aus dem Jahr 2005 (1) änderte diese Ansicht jedoch . Die Forscher nahmen Zeitraffer-Mikroskopfilme einer Kolonie von Escherichia coli aus einer einzelnen Zelle auf. E. coli ist stäbchenförmig, wenn es sich also teilt, muss es zwei neue Enden oder Pole synthetisieren , eines für jede Zelle, so dass jede Zelle direkt nach der Teilung einen „neuen Pol“ hat, der im Prozess dieser Teilung entstanden ist, und ein "alter Pol", der zuvor entstanden war. In dieser Studie haben Stewart et al.verfolgten die alten Pole in der wachsenden Kolonie, und sie definierten das Alter einer Zelle als das Alter ihres alten Pols. Sie fanden heraus, dass ältere Zellen (dh Zellen mit älteren Polen) eine replikative Alterung zeigten, genau wie Hefe! Sie wuchsen langsamer und waren weniger teilungsfähig. Dies wurde rigoros von Wang et al. (2)in einer "Muttermaschine", in der Bakterien in Sackgassen unter konstanten Nährstoffbedingungen wachsen konnten (indem sie mit frischem Medium überströmt wurden). Die Zelle am Ende des Kanals erbte immer den alten Pol und war so eine "Mutter" für alle zukünftigen Zellen. Sie fanden heraus, dass eine Zelllinie zwar über sehr lange Zeiträume völlig stabil wachsen konnte, nach Hunderten von Generationen jedoch eine erhöhte Wahrscheinlichkeit bestand, dass die Zellen Anzeichen von Stress zeigten. Sie führten auf die Akkumulation toxischer Faktoren in der Mutterzelle im Laufe der Zeit zurück. Selbst in Zellen, die sich durch binäre Spaltung teilen, scheint es also einen gewissen Unterschied zwischen den beiden Zellen zu geben, die aus der Teilung hervorgehen, je nachdem, wie alt der Pol ist, den sie erben.

Diese Effekte bei Bakterien sind gering und erfordern die Beobachtung vieler Generationen, um sie aufzudecken. Selbst angesichts dieser Ergebnisse werden viele Forscher die „Mutter“-Zelle immer noch als die sich teilende Zelle und die „Tochterzellen“ als die Zellen bezeichnen, die aus der Teilung hervorgehen, was impliziert, dass es keinen Unterschied zwischen „Töchtern“ gibt. Stewartet al. behaupten, dass auf der Grundlage ihrer Arbeit diese Vorstellung von der bakteriellen Teilung revidiert werden muss und dass statt der Teilung zwei identische Töchter hervorgebracht werden,

Die alte Polzelle sollte als alternder Elternteil betrachtet werden, der wiederholt verjüngte Nachkommen hervorbringt.

Darüber hinaus fügen sie ihren Erkenntnissen eine schöne philosophische Note hinzu:

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass keine Lebensstrategie gegen die Auswirkungen des Alterns immun ist und daher Unsterblichkeit in natürlichen Organismen entweder zu kostspielig oder mechanistisch unmöglich sein kann.

(1): Stewart EJ et al. (2005) Altern und Tod in einem Organismus, der sich durch morphologisch symmetrische Teilung reproduziert. PLoS-Biol. 3(2): e45

(2): Wang P. et al. (2010) Robustes Wachstum von Escherichia coli . akt. biol. 20(12): 1099-1103.

Von eukaryotischen Zellen sind die meisten sterblich und werden tatsächlich altern (zum Beispiel die berühmte Telomersequenz). Aufgrund von Mutationen erreichen jedoch einige Zellen Unsterblichkeit, wie die in der Bioforschung weit verbreitete HeLa-Zelllinie.