• Monday June 24,2019

Dinosaurierproteine, Zellen und Blutgefäße aus Bracyhlophosaurus

Anonim

Diese Zellen sehen aus wie typische Knochenzellen. Sie scheinen durch dünne, astartige Vorsprünge miteinander verbunden zu sein und sind in eine weiße Fasermatrix eingebettet. In ihren Zentren befinden sich dunkelrote Flecken, die wahrscheinlich ihre Kerne sind. Aber es ist nicht ihr Aussehen, das diese außergewöhnlichen Zellen auszeichnet - es ist ihre Quelle. Du betrachtest die Knochenzellen eines Dinosauriers.

Sie stammen von einem Tier namens Brachylophosaurus, einem Dinosaurier mit Entenschnabel, der vor über 80 Millionen Jahren lebte. Mary Schweitzer von der North Carolina State University hat es geschafft, nicht nur Knochenzellen, sondern auch Blutgefäße und Kollagenprotein zu gewinnen. Ihre Gegenwart in der heutigen Zeit ist unglaublich. Die Zeit ist in der Regel nicht gut für solche Gewebe, die zerfallen und sich abbauen, bevor härtere Strukturen wie Knochen, Zähne und Rüstungen versteinert werden.

Dies ist das zweite Mal, dass Schweitzers Team uraltes Protein aus Dinosaurierknochen gewonnen hat. Vor zwei Jahren gelang ihnen ein ähnlicher Trick mit Kollagenprotein aus den Knochen von Tyrannosaurus Rex . Diese Entdeckung war umstritten und viele Wissenschaftler waren zu Recht skeptisch. Letztes Jahr interpretierte eine Gruppe die sogenannten weichen Gewebe als nichts anderes als bakterielle Biofilme, „Städte“ von Bakterien, die der Plaque auf Ihren Zähnen oder Schleim auf feuchten Felsen nicht unähnlich waren.

Nun ist Schweitzer mit einer weiteren Salve in der Debatte zurückgekehrt, die die Argumente für konservierte Kreideproteine ​​erheblich verstärkt. Aus dem Knochen von Brachylophosaurus hat sie Gewebe entdeckt, die an Antikörper binden, die für Kollagen und andere Proteine ​​bestimmt sind, die nicht in Bakterien vorkommen, einschließlich Hämoglobin und Elastin. Ihre Experimente wurden von unabhängigen Forschern aus fünf verschiedenen Laboratorien wiederholt. Es scheint, dass ihre Entdeckung des Tyrannnosaurus alles andere als ein Wunder war.

Schweitzer führte die bleibende Kraft der Tyrannosaurus- Gewebe darauf zurück, dass das Tier tief in Sandstein begraben war. Als sie dieses Mal das Skelett eines Brachylophosaurus in demselben Zustand entdeckte, war sie bereit, dafür zu sorgen, dass der Oberschenkelknochen so schnell wie möglich von der Grabungsstelle zum Reagenzglas gelangte. Der Knochen selbst war niemals den Elementen ausgesetzt. Es war in einem Mantel desselben Sediments versiegelt, in dem es aufbewahrt wurde. Zurück im Labor wurde es freigelegt, mit sterilen Werkzeugen schnell in Folie verpackt und in versiegelten Gläsern mit dehydratisierenden Kristallen aufbewahrt, bis es analysiert werden konnte.

Das Team entfernte die Mineralien von einigen Fragmenten, um mikroskopische Strukturen zu hinterlassen, die stark an Blutgefäße und Zellen erinnerten und in einer Matrix aus parallelen Fasern konserviert waren. Zum Vergleich unterzog sie die Knochen eines modernen Straußes derselben Behandlung.

Die Fasermatrix war von denen im Straußenknochen nicht zu unterscheiden und glühte unter einer Quecksilberlampe wie modernes Knochenkollagen. Die Zellen hatten die gleiche Textur, Größe und Eigenschaften moderner Knochenzellen, einschließlich potentieller Kerne in ihrer Mitte, und dünne Projektionen, die als Filopodien bezeichnet wurden und die sie miteinander und die umgebende Matrix verbanden. Die Gefäße waren transparent, hohl und flexibel und enthielten eine rote Substanz, die wie getrocknetes Blut aussah; Wieder war ihre Beschaffenheit sehr ähnlich der von Straußenblutgefäßen.

Biofilme könnten laut Schweitzer keine so vielfältigen Strukturen erzeugen. "Biofilme sind im Wesentlichen Schleim und Wanzen", sagt sie. „Daher sind sie ziemlich amorph und ihr chemisches Profil basiert auf Farbverläufen.“ Die Dinosauriergewebe sind jedoch hinsichtlich Textur, Form und Farbe im kleinsten Maßstab enorm unterschiedlich.

Schweitzer fand heraus, dass glühende Antikörper, die für moderne Proteine ​​entwickelt wurden, auch an den Geweben hafteten, die aus dem Dinosaurierknochen gewonnen wurden. Dazu gehörten Kollagen, Osteocalcin (ein Knochenprotein), Elastin (ein Protein, das nur bei Tieren ohne Knochen besteht), Laminin und Hämoglobin (das sauerstofftragende Protein in roten Blutkörperchen). Wenn das Dinosauriergewebe zuerst mit Enzymen gemischt wurde, die diese Proteine ​​abbauen, wie Collagenase und Elastinase, haften die Antikörper nicht mehr daran (siehe unten). Keines der Sedimente aus der Ausgrabungsstelle lieferte irgendwelche Spuren dieser Proteine, was beweist, dass sie nicht aus einer anderen Quelle stammen.

Diese Ergebnisse unterstützen Schweitzers Behauptung nachdrücklich, dass die weißen Fasern, die sie aus Dinosaurierknochen gewonnen hatte, tatsächlich Kollagen waren, die Zellen Knochenzellen und die Gefäße Blutgefäße waren. Ihre Experimente konnten sie sogar erfolgreich von zwei anderen unabhängigen Labors unter Leitung von Raghu Kalluri und Lewis Cantley wiederholen.

Schweitzer gelang es sogar, einige der Aminosäuren zu analysieren, aus denen das Dinosaurierkollagen bestand, und zwar mit einer Technik, die Massenspektrometrie genannt wurde. Die Technik enthüllte die Sequenzen von acht Aminosäureabschnitten, die aus zwei Versionen von Kollagen stammen. Es gelang Schweitzer, mehr als doppelt so viele Aminosäuren zu sequenzieren wie sie aus den Tyrannosaurierknochen. Und unter diesen war Hydroxyprolin, eine chemisch modifizierte Version des Aminosäureprolins, das Bakterien nicht produzieren können - ein weiterer schwerer Schlag für die Biofilm-Theorie. Wieder wurden diese Proteinsequenzen unabhängig vom Labor von William Lane bestätigt.

Schweitzer sagt, dass die Skepsis, die ihre Entdeckung des Tyrannosauriers begrüßte, "angemessen" war, aber ihre neuen Ergebnisse stützen die Auffassung, dass Weichgewebe und ihre ursprünglichen Proteine ​​zumindest seit der späten Kreidezeit erhalten bleiben können. Wie ist das überhaupt möglich?

„Nun, das ist die wirklich interessante Frage, oder?“, Stimmt Schweitzer zu. „Nach all unseren Modellen und allen Bench-Experimenten, die Proteine ​​künstlichen Bedingungen aussetzen, ist dies [nicht möglich]. Das ist ein Forschungsbereich in meinem Labor. Wir sind gerade dabei, diese Frage durch aktuelle Experimente und andere Mittel zu testen. Wir haben einige Ideen über die Chemie, die eine solche Konservierung ermöglichen könnten, aber wir arbeiten immer noch daran. Bleib dran!"

"Ich sehe, dass sich diese Forschung exponentiell ausdehnt", sagt sie. „Die größte Hürde besteht darin, die Menschen davon zu überzeugen, dass dies möglich ist. Als Nächstes können sie davon überzeugt werden, dass es die Anstrengung wert ist. “Einige Wissenschaftler haben ihre bisherigen Arbeiten als Trend-, aber Nischenwissenschaft bezeichnet. Rich von Evolgen beschrieb es als "eine sexy Methode, die wahrscheinlich an anderer Stelle schwer zu implementieren sein wird."

Andere sehen jedoch ein größeres Potenzial. Einer ihrer Co-Autoren ist Raghu Kalluri, ein Krebsforscher, der an der Biochemie von Kollagen arbeitet und große Auswirkungen auf sein scheinbar unabhängiges Feld sieht. "Diese Studie beweist weiter, dass Kollagen I sehr stabil ist und somit neue Einblicke in seine Rolle bei der Organfibrose und beim Tumorwachstum bietet", sagt er.

Im Verlauf des Tumors produzieren sie riesige Mengen an Kollagen I, das ihnen hilft zu wachsen. Die gleichen Anhäufungen treten mit dem Alter der Organe auf, was zu Organfibrose führt. Das außergewöhnlich stabile Protein verschwindet nicht leicht und beeinträchtigt die Funktion der Organe bei der Anhäufung langsam. Kalluri ist daran interessiert, Wege zu finden, um Kollagen von Tumoren und fibrotischen Organen wegzuschmelzen, ohne es an Stellen wie Knochen zu verändern, an denen es benötigt wird. "Wir hoffen, die Erkenntnisse aus dieser Dinosaurierstudie dazu nutzen zu können, neue Therapien zu entwickeln", sagt er. "Die in dieser Studie gefundenen Kollagensequenzen könnten auch neue Einblicke in die stabilsten Regionen dieses Proteins gewähren und beim Tissue Engineering helfen."

Für Schweitzer fängt die Suche nach Dinosaurier-Weichteilen gerade erst an. „Wir arbeiten an der Schwelle der empfindlichsten Technologien, die wir haben. Ich denke, mit zunehmender Sensibilität und Auflösung der Technologien wird dies trotz der riskanten Natur ein praktikabler Weg zur Untersuchung. “

Bilder: Alle Mikroskopbilder von Mary Schweitzer. Foto von Mary von Kelly Gorham. Dinosauriermalerei von Julius Csotonyi

Referenz: Schweitzer, M., Zheng, W., Organ, C., Avci, R., Suo, Z., Freimark, L., Lebleu, V., Duncan, M., Vander Heiden, M., Neveu, J., Lane, W., Cottrell, J., Horner, J., Cantley, L., Kalluri, R., & Asara, J. (2009). Biomolekulare Charakterisierung und Proteinsequenzen des Campanian Hadrosaur B. canadensis Science, 324 (5927), 626-631 DOI: 10.1126 / science.1165069

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