Martin Chalfie (2015) - Tickling Worms: Suprises from Basic Research

Research, at least my research, has never been linear. I have found that my lab and I often double back on problems after years of inactivity or go off in entirely new directions as dictated by the work and people’s interests This lack of direction results, at least in part, from the fact that I am a geneticist and mutants have an annoyin..

So, I'm going to give a slightly different talk. If you came here thinking I was going to talk about green fluorescent protein, it's on the web. Go, please listen to it there. I'm going to take the advice of my colleague and friend Stuart Firestein who wrote this nice book published a couple years ago by Oxford University Press, called Ignorance. And his contention is that when scientists get together, what they really want to talk about is not all the stuff that they've done, but all the stuff that they don't understand. And so this is basically going to be the idea behind this talk. What are all the problems we have not solved and I'm interested in? It's also a shameless way to try to convince somebody in the audience that they might want to work in the lab. In any case, what I work on, what I worked on before GFP, after GFP and still are trying to figure out is this small animal caenorhabditis elegans. And particularly I've been interested in the sense of touch in this animal. Scientists have known for over 130 years how it is we detect the world around us as long as the signal outside of us is light. We know about the molecule rhodopsin. And for the last 30 or so years we've known of how we can detect signals outside of us, actually also inside of us, if those signals are chemical signals. So we know that receptors for sense of smell, taste, neurotransmitters, hormones, and we have a pretty good idea of the molecular mechanism. But the sense of touch and all the other mechanical senses that we have, hearing, balance, stretch of our muscles and tendons, detection of blood pressure, five or six different types of senses of touch in our skin, this is an unknown, we really don't know how that is. And so when I actually started my post doc, working at the LMB, I collaborated with John Sulston, shown here on this picture, to try to understand something about mechanosensation and we used C. elegans and these six blue cells here are the cells that sense touch. And you might be asking yourself, what sophisticated piece of equipment do we use to test touch in a one millimetre long animal? And the sophisticated piece of equipment is an eyebrow hair glued to a toothpick. You then take, you take this hair and you tickle the animal, you stroke it across the tail and it goes forward. You do it in the head, it goes backwards. You look for mutants that don't do that. You then have to distinguish mutants that don't respond to the hair from dead animals, but after you get over that it's pretty nice, and we've been able to get lots of mutants. And along the way, we know that these are the six cells that do sense touch in the animal. And we take a cross section of them and they have unusual microtubules so they have unusual structures, some extra-cellular matrix material. And all in all, over the years, we've collected well over a hundred mutant lines defining 17 genes that are needed for touch sensitivity. These are not all the genes that are needed, these are the ones we got. And these have been divided into two classes, five of them are genes that are needed to make the cells because you're going to get a touch insensitive animal if you don't have the cells. So you need to make the cells. But the others, the cells are made, they just don't work. And it was among them that we hoped to find the sensor for touch. So let's talk about development. There's a number of questions we want to ask and I'm going to give a little bit of the background, then to all the things that we don't know. So we want to know how cell fate is determined, how do we get these particular types of cells? The problem of differentiation. And it's not enough to just make a particular type of cell, you have to maintain that differentiation, you have to keep it in a differentiated state. So how does that cell fate maintain? And finally, there are some subtle differences in these cells. Take a look at these cells, and these cells. This pair, one on each side, arises when the animal is an embryo, this pair does the same thing. These have cell bodies and processes that go forward, same with these, but these have an extra process, and there's a couple of other subtle differences between them. How do the differences come about? What can we say? And another thing is why are there six of these cells, why aren't there 12 or 100? I'm not going to talk about that problem, we've worked on some genes that affect that. But let me talk about cell fate and how it's determined. Now I think this says something about maybe how we do experiments in my lab, slowly and intermittently. So in 1981, we collected all these mutants and among them were mutations in two genes, unc-86 and mec-3 that we thought were interesting. Unc-86 was interesting because when that was defective, there were no cells. So this was a gene needed to generate the cells that were going to become the touch sensing cells. But once those cells were made, if they didn't have mec-3, they didn't develop. They developed as other types of nerve cells. So they didn't have that special characterization. So without it, the cells aren't made. Mec-3 specifies the cell fate. We usually call this a selector gene, something that is the controller directing the cell to become the particular thing it is. And this was, turned out these were completely novel genes, they defined new types of proteins that were needed for this, which was fine. And we had a hypothesis, that I hope will start here. Whoops, there we go. That one turned on the other, and then those turned on all those subsequent genes that were needed for the cell. Well, took us another seven years before we started cloning things, and we did, we found that mec-3 was a transcription factor, which is a good for a selector. That it would turn on other genes. That would be good. And a year later we found it had a wonderful property. Not only did it turn, we think it turns on the other genes, it turns itself on. So this gave us an explanation for maintenance because a gene, once it was turned on, could continue to keep itself on by working on its own regulation. And we thought we had answered the problem. This was, now we were done. Not quite. So it didn't work. Then about 4 years later we found it's not A turns on B turns on the rest of it. It turns out that A turns on B, unc-86 turns on mec-3, and then they make a dimer and it's actually both of them together that turns on. Later, we did some other experiments that also answered this same sort of question, and then we thought we were done. We had explained everything, we had all the transcription factors, we were happy. And then 12 years later we did another experiment. And we found that there was one other transcription factor that was made by the cells. In fact, it was the target of all, it was one of the targets of all of this. And this transcription factor was really strange because when you didn't have it, you didn't, you got some animals that were perfectly normal, some that were a little bit bad, some a little bit worse than that, and some that were completely gone. Incredible amount of variability. So where does that variability come from? That was the question we wanted to ask. And we found that the variability came from the fact that this wonderful auto-regulation that we thought was perfect, is really pretty crummy. And the cell needs an insurance policy, and that's the insurance policy. And we called that refinement. And it keeps things on, and I'll say a little bit more about that because I'm sort of fascinated by that problem. And then, we then thought we were done. And then, this year, we found that this same action of refinement actually starts at the beginning of the process, where other genes help unc-86 refine its action so it can, with high fidelity, turn on mec-3. So a series of things. Let me just tell you, because it's a cute experiment and we didn't invent the method. Let me, whoops, there we go. Alexander van Oudenaarden, at the time was at MIT, he's now in the Netherlands, had developed a wonderful method that allows us to count individual messenger RNA molecules in cells. And Irini Topalidou, a post-doc at the lab at the time, decided to look at our cells and now we could actually count each one of the messenger RNA molecules. And what you get is a distribution. And without this refinement gene, you see that there's a big scatter. This is something that's known throughout biology. These are stochastic processes, so sometimes they work really well, sometimes they don't work really well. That could be a problem. Especially, it looks like a problem in this case because with alr-1, we reduce the stochastic nature here. So it is serving, this is why we said refinement, it changes it. It results in actually only a two fold increase in the transcription. And at first we though, oh. We didn't expect this result, this was really lunatic. What we expected was this result, that the distribution would shift to the right, we'd just get more molecules, but the distribution variability would stay the same. Instead, we got this refinement. How do we think about this? It gets back to that idea of a selector gene. A selector gene is one that somehow turns on a batterie of genes. This is a different type of transcription factor. So we have this binding. The processes that are going to be important here are that you have our dimer, there's going to be an on-rate, but that's going to be determined by diffusion. What's really going to be important is how well this binds and stays bound. Sometimes it's going to stay on forever and it's always going to work because it can activate, but there's a probability that it'll activate. And so the net effect is sometimes it'll be on all the time and work all the time and you'll get the maximum, and sometimes it's going to fall off and you're going to get very little, or it's not going to be very efficient. And we thought that what happened, and there is a site right next to where this binds for our other component, and that will change, it could change the off-rate, it could also increase the probability that this will be effective. But it can't go any better than the gene itself, the UM selector itself. And so we get this refinement. We've subsequently found that that same sort of refinement seems to be taking place here in the initial thing. Unc-86 is not good enough to turn on the gene we want, in fact a lot of times it fails. Other times it works, so we get two populations, the failures, and the non-failures. But when this is here, everything works. And now, subsequently, when this is on and we're having the maintenance phase, we have another thing that ensure this activity. So that is where we are at the moment. I'll tell you some problems we have with this in a second, but let me point to one other thing. How do we get these different types of cells? And one of the things that people have known for quite a while is that there's this wonderful series of transcription factors called the Hox transcription factors. First really described in Drosophila, and it's a whole linear chain. And each one seems to affect a different part of the body. And so we thought, oh that's wonderful, we'll have a different Hox gene for here, and one for here. Well, I've just told you, the Hox genes turn on the ability to be touch sensing neurons in both sets of cells. It turns out to be different genes, but they have two functions. One is to make sure these cells are going to differentiate into touch cells. They have a second function, the second function is they make this cells different from this cell. Actually it's more than that. They have very little effect on making this different, they change this cell. And we know the pathway of that, there's a gene that works back there, and one that works out here. We thought, ah this is great, we know which one it is. And then of course we did the other experiment to find that this gene, called C-13, works in the back, too. But it needs a co-factor and the co-factor's only in the front. So on the one hand you can turn on things, the other one you have another gene that's now turning on a battery of genes. What we don't know is: Is the gene working in the tail that causes all the difference is it working as a selector gene to turn on specific things, or is it a refiner gene that's helping some other selector gene that we don't know about yet? So one of the questions. So let me just talk about some of the mysteries that we, whoops. Let me see if that goes back, it doesn't. Ah, this is supposed to work. There we go. Come on. Hm, there we go. Some of the problems. I've told you about the control system. What we would really like to know is what does the control system turn on. So we know this in terms of the selector gene mec-3, but we don't know it in terms of these subtle differences. And we're started to try to go after that by looking for mutants that have shortened processes, and other problems that are only, other characteristics only in one cell or not. We also found another thing in these cells. When the animal hatches, the touch sensing neuron runs right next to the muscle. That's that green dot next to the pink muscle. But when the animal becomes adult, a funny thing happens: The skin, this blue stuff, starts to surround the cell and pushes it away from the muscle. And in a sense, it just completely ensheaths that nerve cell. Now in lots of biological systems, cells are ensheathed by other cells. And we realized, we could study this phenomenon by putting red fluorescent protein in the muscle and green fluorescent protein in the nerve cell and simply take the adults, or take animals like this and mutate them. And see if we could find mutants in which there's no separation. And we have now about 50 of them. We're still trying to sort out what this all means. So this is something that we're doing now, but are looking at. Other developmental problems. As I've sort of mentioned, how general is this refinement idea? Is this just something we happened to have gotten two examples of or are there many examples of this? Is this a general phenomenon to reduce stochastic? Now you can also realize that that's a wonderful way to play with development. Because if you have a stochastic system, one that you could switch from one to the other, one might be able to have the equivalent of our refining genes that would push things in one direction. Or sort of an anti-refining one that would push it in the other thing so it wouldn't work. So one could have all sorts of interesting controls of how cells differentiate by manipulating this system. And we'd really like to know if that's the case. How is it that some of the things act as selectors and some of them as refiners, how does that come about? We haven't a clue. What actually makes it so that that mec-3 selector gene is actually expressed in those particular cells? We have some ideas of what restricts it, but we have no idea, why it's actually turned on in the particular cells that it is. And as I said: What is all the stuff downstream that actually puts this into effect? We'd really love to know that. And there are other little questions like: What the hell are the microtubules doing in those cells? And how do they get organized the way they do? And finally, we really starting to embark on trying to answer the question of how are the synapses made in the cells. How do they connect to other cells, how do they recognize that as a problem? Now, I hope you've gotten an idea of, or I have the idea at least in this system, that what I really have stumbled into in this work that's really taken now decades and decades of my life, is I have found myself in Hershey heaven. Now most people don't know about Hershey heaven. It has nothing to do with chocolate, I'm sorry to say, but it has to do with this man Alfred Hershey who is reported to have said, that his idea of scientific heaven was I don't think this is what he meant. I think this is part of the quote. Because you do the same experiment over and over again, that's boring, right. What he really meant was, you do the same experiment over and over again, and you learn something new every time you do that. And that would in fact be scientific heaven. And as I hope I've indicated so far, these cells have given us many avenues to work on. This is a figure I made a while ago on our papers and different topics that we've studied. What I want you to get out of this is, this has taken us in many different directions that we don't do anything really in a linear manner. We'll be studying, for example, genetics and genomics and there will be big gaps in time. Or we'll study microtubules and there will be big gaps in what we do. It depends on who's excited or what problem and when a technology is developed and how we think about things, all of a sudden we go back and there's that gnawing problem in the back of our head. For those of you that are interested, that's GFP. I really want to talk a little bit now about transduction because that was one of the main problems we wanted to address. And among all those function genes that we were able to study, we have been able to find the transducer. This is a representation of all of the various function genes, but the transducer, the molecule that's sensing touch is a channel made up, it's a trimer, two of a protein called mec-4 and one of mec-10. They are very similar proteins and they made this channel that mechanical force opens. And we were able to demonstrate this a couple of years ago and so it gave us the first animal neuronal sensor of mechanical force. And so we were very proud that we were able to actually demonstrate this directly. But along the way, other finding this unusual type of sodium channel, we found a cholesterol binding protein in the membrane. That may also be a steroid binding protein. We found a protein that modifies microtubules and may be involved in their structure. And we found a new type of chaperone in the endoplasmid reticulum, and is actually needed to form and bring to the surface the channel for touch. And so, many different avenues that have come out of this. I don't want to talk about the transduction as much as I want to talk about what we were currently stumbling over at the time, and that is that we, all of our senses, you start off trying to find out what is the thing that does the sensing, but then very rapidly after that a different question comes up because all our senses are modified. You go from a dark room to bright sunlight, from sunlight in here, your eyes adapt. All of you, until I say the word will not be feeling your clothes that you're wearing because you have habituated to that. But once I say that you start to squirm and of course you feel that you are wearing clothes and you're relieved. In any case, our senses are modified. And so if they're being modified, how does that come about? At what level does this modification take place? And here again, we used a very sophisticated piece of equipment to study this, this was done by a graduate student. I had a, I should tell you, I had a wonderful idea. I mean it was brilliant. And that idea was, we've always gotten mutants that were insensitive to touch, but we've never gotten mutants that were super-sensitive to touch. And that was because our limits of detection, it was just really hard to do that. That's another one of the problems we'd really like to answer, getting super-sensitives. And I had an idea: Let's take the petri dishes and put them on car speakers and give them a low amount of vibration. And we'll vibrate them, we'll find a sub-threshold vibration and then find animals that respond to that sub-thresh. It was a brilliant idea, it did not work at all. But that meant we had a lot of car speakers, you know, car radio speakers in the lab and a much smarter person than me, graduate student Xiaoyin Chen, decided he was going to do something different. And that was, and I have to tell you for you graduate students out here, that please don't do this, you are not going to make friends this way: He set these things up, he gave them a, like a 50 hertz buzz and then left the lab to let people hear them for hours on end. He did not endear himself to them, they eventually banished him to a room that he could do this in peace. But what he found, and what we expected in the example I gave you about your clothes, is the example is you expect that there be insensitivity, that you would habituate. What we found however, is that the animals did habituate at first, but after a while they became sensitive again so they blocked the habituation. But they only did it for the cells in the front of the animal, not in the back. We've worked through the mechani. He also found four different ways that also just affected the front and not the back, but they had the opposite effect. Instead of turning on the system, they turned it down. All of these things took at least three hours, so they're not very quick. All of these are bad things, high salt, low oxygen, dauer is a dormancy state of the animal, things are bad. And he worked out the molecular mechanisms of these, and I'm not going to go through all the grizzly details, but he found that vibration worked through a completely different set of sensors on the cell membrane, activated this kinase and we go through this pathway. The end result is we get more channels. More channels means more sensitivity. But about all the negative things, the negative things worked differently. They didn't work on the cell, they interfered with a set of neurons that made one of the 40 insulins. He tested all 40, he found that this was the only one that was important, and these turn off this production. When this is turned off, this system gets turned on, we get ubiquitination of the channel, and it gets taken off the surface. Less channels, less sensitivity. And we also found with high salt, there was a different one of the 40 insulins. Now, this is interesting in many different ways. The first thing is that this is looking, when you look at this, it's actually saying that the nervous system, which we thought we knew everything about, all the connectivity, actually works through these neural hormones and so I call that the shadow nervous system. We actually don't know what's going on. But this part of the system actually integrates two different defects to give this. All three of these are integrated at this point in the cell. And all four of these inputs are integrated at that point. So there's a lot of signal comparison here to wind up with the net result of having the animals forward or back. I don't have time to actually go into why this is. I have slides to show that which I'll zip through. Why would one, would these worms want to turn up or down the nervous system? We think they're, because after all, it's unlikely that the worms in the wild are going to encounter car speakers. But they do encounter a situation where they get repetitive signals to them and that is rain. Because usually they go to rotting fruit, there's bacteria in there, and so rainstorms would give the long-term stimulation that should turn off the, should turn on the head sensitivity. Well why is that important? It turns out that the big predator of these worms is a fungus that has lasso. And the worms go in the lasso and it clamps on them. They never back up. So after a rainstorm, a protective mechanism would be, be really sensitive and get yourself out of this. And that's what it looks like it is, and there's been experiments that have shown that. There are other things: down regulating the front changes the complete balance of the nervous system. So that if you tap a plate when both the front and back are working, the animal goes backwards. But if you tap a plate when the head is reduced, it only goes forward. So these modulations actually change what we thought was a static nervous system into one that can respond to different behaviours. So let me do a lot of pressing here. And go to this and talk about some of the problems that we have. One of them is, we know of hundreds of neuropeptides in this animal. What are they doing? Do others, other than these two insulins affect touch? And we have suspicions that they do. We also know that these sensing cells express 19 different neuropeptides genes themselves, so the neuropeptides might be signals. We haven't a clue as to what they're doing. So what is this shadow nervous system? How does this map on to the circuitry we know from the chemical and electrical synapses? Don't have a clue. Are there other types of modulation? We've actually found a whole series of different types of modulation of touch. Some work on seconds, some work on minutes, some work more long-term like I've told you. We'd like to understand the molecular mechanism of all of those and how they integrate together. One funny thing about habituation. You notice how quickly when I said clothes, you knew that you had clothes on. So habituation works over a long time, but then is (snapping), can be almost instantly reversed. What's the mechanism that's going on there? And then the fundamental problem is, how in the world does that touch sensor work? So I'm hoping some of the physicists and engineers in the audience will be attracted to this problem and come up, because we would really like to know how a mechanical signal is sensed by these channels and how that works. And then extending that, how does touch work in humans? Is it the same sort of proteins, are they different, are there principles that are the same? I want to add one other thing. We're not really sure if what we found is connected, but you noticed I talked about the neuropeptides and I said that these were insulins. The animal has a lot of insulins. Well it turns out that one of the very first symptoms that people have of type two diabetes, it's the reason they go to their doctor, is they say, I'm numb in my fingers and my toes. So there's a thing called diabetic neuropathy. I used to think it was after the fact, after you've had the defect for a while. It turns out to be very early. Why is this important? Well it turns out it's the number one cause of amputation worldwide. So understanding some of that mechanism, I'm not saying that what we have is the same thing as in people, but it starts you thinking about how modulation might be important in those systems as well. And since I have no time, I'll just let you read this, my favourite quote about basic research and the importance of basic research, which was Robert R. Wilson's quote when he testified in Congress. Let me just read it, "It has only to do with the respect." They wanted to know what was good, the Fermilab Accelerator going to do for the national defence, it was in the middle of the Vietnam War. And he said: Thank you.

Wenn Sie hier sind, weil Sie glauben, ich werde über grün fluoreszierendes Protein reden, das können Sie im Internet finden. Schauen Sie da bitte nach. Ich werde dem Rat meines Kollegen und Freundes Stuart Firestein folgen, der dieses schöne Buch geschrieben hat, das vor einigen Jahre von der Oxford University Press veröffentlicht wurde und „Ignornace“ heißt. Seine Behauptung ist, wenn Wissenschaftler zusammenkommen, dann möchten sie nicht über alles das Zeug reden, das sie getan haben, sondern über alles das, was sie nicht verstehen. Das ist der Grundgedanke dieser Rede. Was sind alle die ungelösten Probleme, die mich interessieren? Es ist auch eine schamlose Art jemanden unter den Zuhörern zu überzeugen, dass er in seinem Labor daran arbeiten will. In jedem Falle, woran ich gearbeitet habe vor GFP, nach GFP und was ich noch immer versuche zu entschlüsseln ist diese kleine Tier caenorhabditis elegans. Und besonders interessiert mich bei diesem Tier der Tastsinn. Wissenschaftler wissen bereits seit mehr als 130 Jahren, wie wir die Welt um uns erkennen, solange es um Licht geht. Wir haben Kenntnis vom Rhodopsin-Molekül. Und etwa seit den letzten 30 Jahren wissen wir, wie wir Signale außerhalb von uns erkennen, eigentlich auch in uns, wenn diese Signale chemische Signale sind. Wir kennen also die Rezeptoren für den Geruchsinn, Tastsinn, Neurotransmitter, Hormone und wir verstehen den molekularen Mechanismus ziemlich gut. Doch der Tastsinn und alle unsere anderen mechanischen Sinne, Hören, Gleichgewicht, Strecken von Muskeln und Sehnen, Erkennen des Blutdrucks, fünf oder sechs verschiedene Arten von Sinne der Berührung in unserer Haut, das ist eine Unbekannte, wir wissen wirklich nichts darüber. Als ich mit meiner Post-Doktorarbeit begann, am LMB, ich arbeitet zusammen mit John Sulston, der hier im Bild zu sehen ist, und versuchte etwas über Mechanosenstation herauszufinden, wir nahmen dazu die C. elegans, und diese sechs blauen Zellen hier sind die Zellen, die Berührung empfinden. Sie mögen sich fragen, welches komplizierte Instrumente wir verwendet haben, um Berührung bei einem Millimeter-langen Tier zu testen. Dieses komplizierte Instrument ist ein Haar der Augenbraue, das auf einem Zahnstocher festgeklebt ist. Dann nimmt man dieses Haar und kitzelt das Tier, man streicht über den Schwanz, und es bewegt sich vorwärts. Sie machen das am Kopf, und es bewegt sich rückwärts. Man sucht Mutanten, bei denen das nicht der Fall ist. Dann muss man Mutanten, die nicht auf das Haar reagieren, von toten Tieren unterscheiden, doch wenn man diese Schwelle genommen hat, ist es ganz nett, und wir erhielten eine Menge Mutanten. Und über diesen Weg erfuhren wir, dass dies die sechs Zellen sind, die in diesem Tier Berührung empfinden. Wir nahmen von ihnen einen Querschnitt vor und sie verfügen über ungewöhnliche Mikrotubuli, sie haben also ungewöhnliche Strukturen, extrazelluläres Matrixmaterial. Alles in allem haben wir über die Jahre hin mehr als hundert Mutantlinien gesammelt, 17 Gene bestimmt, die für die Berührungsempfindlichkeit notwendig sind. Das sind nicht alle notwendigen Gene, das sind diejenigen, die wir fanden. Und diese wurden in zwei Klassen unterteilt, fünf davon sind Gene, die dazu benötigt werden, die Zellen zu erzeugen, man bekommt nämlich kein berührungsempfindliches Tier, wenn man keine Zellen hat. Die Zellen müssen also entstehen. Die anderen aber, die Zellen sind jetzt gebildet, die arbeiten einfach nicht. Und unter diesen hofften wir den Tastfühler zu finden. Sprechen wir also über Entwicklung. Es gibt eine Reihe Fragen, die wir stellen möchten und ich werde dazu ein bisschen Hintergrundinformationen geben, danach zu allen den Dingen, die wir nicht wissen. Wir wollen also wissen, wie das Zellschicksal bestimmt wird, wie erhalten wir diese bestimmten Zelltypen. Das Problem der Differenzierung. Und es reicht nicht, einfach einen bestimmten Zelltyp zu erzeugen, die Differenzierung muss beigehalten werden, man muss sie in einem differenzierten Zustand halten. Wie also wird das Zellschicksal bewahrt? Und schließlich gibt es in diesen Zellen einige feine Unterschiede. Sehen Sie sich diese Zellen an und diese Zellen. Dieses Paar, eines auf jeder Seite, entstehen, wenn das Tier ein Embryo ist, dieses Paar tut das gleiche. Diese haben Zellkörper und Prozesse, die vorwärts gehen, das Gleiche bei diesen, diese verfügen aber über einen zusätzlichen Prozess und da gibt es noch einige andere feine Unterschiede zwischen ihnen. Wie kamen die Unterschiede zustande? Was lässt sich sagen? Eine weitere Sache ist, warum gibt es sechs dieser Zellen, warum sind es nicht 12 oder 100? Über dieses Problem werde ich nicht sprechen, wir haben zu einigen Genen gearbeitet, die das beeinflussen. Ich möchte aber über Zellschicksal sprechen und wie es bestimmt wird. Das sagt vielleicht etwas darüber, wie wir in meinem Labor experimentieren, langsam und mit Unterbrechungen. Im Jahre 1981 sammelten wir alle diese Mutanten und unter diesen waren Mutationen in zwei Genen, unc-86 und mec-3, die uns interessant erschienen. Unc-86 war interessant, denn, wenn es defekt war, gab es keine Zellen, dies war also ein Gen, das zum Bilden der berührungsempfindlichen Zellen notwendig war. Sobald diese Zellen aber generiert waren, entwickelten sie sich nicht wenn sie nicht über mec-3 verfügten. Sie entwickelten sich zu anderen Arten von Nervenzellen. Sie verfügten nicht über diese besondere Charakterisierung. Also ohne dieses werden die Zellen nicht gebildet. Mec-3 legt das Zellschicksal fest. Gewöhnlich nennen wir das ein Selektorgen, ein Lenker, der die Zelle anleitet, dieses bestimmte Ding zu werden, welches es ist. Es waren, wie sich zeigte, völlig neue Gene, die neue Arten bei Proteinen, die dafür notwendig waren, definierten. Wir hatten eine Hypothese, von der ich hoffe, dass sie jetzt zu sehen sein wird. So, da haben wir sie. Das eine schaltete das andere an, und dann haben diese alle jene anschließenden Gene angeschaltet, die für die Zelle gebraucht werden. Es dauerte weitere sieben Jahre, ehe wir mit dem Klonen begannen und fanden, dass mec-3 ein Transkriptionsfaktor war, was für einen Selektor gut ist. Er würde andere Gene anschalten. Das wäre gut. Ein Jahr später fanden wir heraus: es verfügte über eine wunderbare Eigenschaft. Nicht nur schaltete es, wie wir glaubten, die anderen Gene an, es schaltete sich selbst an. Das lieferte uns eine Erklärung zum Erhalt, denn ist ein Gen einmal angeschaltet, kann es fortfahren, sich selbst zu erhalten, indem es an seiner eigenen Regelung arbeitet. Und wir glaubten, wir hätten das Problem gelöst. Das war es, jetzt sind wir damit fertig, Nicht ganz. So funktionierte das nicht. Etwa vier Jahre später entdeckten wir, es ist nicht so, A schaltet B an und B schaltet den Rest an. Es zeigte sich, A schaltet B an, unc-86 schaltet mec-3 an und dann erzeugen sie einen Dimer und beide werden zusammen angeschaltet. Später nahmen wir einige andere Experimente vor, die ebenfalls diese Art Frage beantworteten, danach glaubten wir, wir seien fertig. Wir hatten alles erklärt, wir hatten alle Transkriptionsfaktoren, wir waren glücklich. Wir entdeckten, da gab es einen weiteren Transkriptionsfaktor, den die Zellen erzeugten. Tatsächlich war dies das Ziel aller, es war eines der Ziele von all dem hier. Dieser Transkriptionsfaktor war wirklich merkwürdig, denn war er nicht vorhanden, erhielt man Tiere, die völlig normal waren, einige, die ein bisschen schlecht waren, einige noch etwas schlechter als diese und einige waren vollständig daneben. Eine unglaubliche Variabilität. Woher kam diese Variabilität? Das war die Frage, die wir stellen wollten. Wir fanden, die Variabilität kam daher, dass diese automatische Regelung, die wir für perfekt hielten, tatsächlich ziemlich lausig war. Die Zelle braucht eine Versicherungspolice, und dies ist die Versicherungspolice. Wir nannten das Verfeinerung. Und dies hält Dinge am Laufen und ich sage noch ein bisschen mehr dazu, weil mich das Problem irgendwie fasziniert. Dann dachten wir, wir seien fertig. Und dieses Jahr entdeckten wir, dass diese Verfeinerungstätigkeit bereits am Anfang des Prozesses startet, wenn andere Gene unc-86 seine Aktion verbessern helfen, damit es, mit großer Zuverlässigkeit, mec-3 anschaltet. Also eine Reihe von Dingen. Lassen Sie mich das kurz sagen, es ist nämlich ein niedliches Experiment und wir haben die Methode entwickelt. Lassen Sie mich, hoppla, da haben wir es. Alexander van Oudenaarden, damals am MIT, jetzt ist er in den Niederlanden, hatte eine wunderbare Methode entwickelt, die es uns gestattete, individuelle Boten-RNA Moleküle in Zellen zu zählen. Und Irini Topalidou, damals eine Post-Doktorandin am Labor, entschied sich unsere Zellen anzusehen und jetzt konnten wir tatsächlich jedes der Boten-RNA Moleküle zählen. Was Sie hier haben ist eine Verteilung. Sie sehen, ohne das Verfeinerungs-Gen gibt es eine große Streuung. Das ist in der ganzen Biologie bekannt. Dies sind stochastische Prozesse, manches Mal funktionieren die wirklich gut, manchmal nicht so gut. Das könnte ein Problem sein. Besonders in diesem Falle schien es ein Problem zu sein, denn mit alr-1 haben wir hier die stochastische Natur verringert. Es übt also eine Dienstleistung aus, deshalb nannten wir das Verfeinerung, es verändert. Die Ergebnisse sind nur eine zweifache Zunahme bei der Transkription. Anfangs dachten wir, "Oh". Dieses Ergebnis hatten wir nicht erwartet, es war wirklich verrückt. Wir hatten als Ergebnis erwarte, dass die Verteilung sich nach rechts verschiebt, wir erhalten einfach mehr Moleküle, die Verteilungsvariabilität bliebe aber dieselbe. Stattdessen erhielten wir diese Verfeinerung. Wie denken wir darüber? Es führt zurück zum Gedanken eine Selektorgens. Ein Selektorgen ist eines, das die Batterie von Genen irgendwie anschaltet. Dies ist eine andere Art Transkriptionsfaktor. Wir haben also diese Anbindung. Die Prozesse, die hier wichtig sein werden sind, Sie haben unseren Dimer, es wird eine "Ein"-Eigenschaft haben, doch das wird durch die Diffusion bestimmt. Was wirklich wichtig sein wird ist, wie gut es bindet und verbunden bleibt. Manchmal hält es für immer und es funktioniert immer, da es aktivieren kann, es gibt aber eine Wahrscheinlichkeit, dass es aktiviert. Letztendlich bedeutet es: manchmal ist es immer angeschaltet und arbeitet die ganze Zeit und man bekommt das Maximum, und manchmal fällt es ab und man erhält sehr wenig, oder es ist nicht sehr effizient. Wir dachten, das würde geschehen und direkt daneben, wo es bindet, gibt es eine Seite für unsere anderen Komponenten und das ändert sich, es könnte die Aus-Eigenschaft ändern, es könnte auch die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass diese effektive sein wird. Es kann aber nicht besser als das Gen selbst werden, der UM-Selektor. Da haben wir also diese Verfeinerung. Wir fanden heraus, dass die gleiche Art Verfeinerung hier am Anfang stattzufinden scheint. Unc-86 reicht nicht aus, um die von uns gewünschten Gene anzuschalten, es versagte häufig. Zu anderen Zeiten funktionierte es, wir haben also zwei Populationen, die fehlgeschlagene und die nicht-fehlgeschlagene. Wenn diese aber hier ist, funktioniert alles. Und nachfolgend, ist dieses an und wir befinden uns in der Erhalt-Phase, wir haben etwas anderes, das diese Aktivität absichert. Hier also sind wir zur Zeit. Ich werde Ihnen gleich die Probleme nennen, die wir haben, aber ich möchte auf etwas anderes hinweisen. Wie erhalten wir diese unterschiedlichen Zellarten? Etwas, was man bereits seit einer geraumen Zeit weiß ist, es gibt eine wunderbare Reihe Transkriptfaktoren, genannt Hox Transkriptfaktoren. Zuerst beschrieben bei der Drosophila. Es ist eine ganze lineare Kette. Jeder scheint eine Wirkung auf einen anderen Körperteil zu haben. Wir dachten, das ist wunderbar, wir haben hierfür ein Hox-Gen und ein anderes hierfür. Nun habe ich Ihnen gerade erzählt, das Hox-Gen schaltet die Fähigkeit an, ein berührungsempfindliches Neuron in beiden Gruppen von Zellen zu sein. Es zeigte sich, dies waren verschiedene Gene, die zwei Funktionen haben. Die eine ist sicherzustellen, dass diese Zellen sich zu Tastzellen differenzieren. Sie haben eine zweite Funktion, sie differenzieren diese Zellen von dieser Zelle. Eigentlich ist es mehr als das. Ihre Wirkung dies etwas anders zu machen ist sehr geringfügig, sie ändern diese Zelle. Wir kennen diesen Weg, es gibt ein Gen, das da hinten arbeitet, und eines, das hier außen arbeitet. Wir glaubten, dass ist fantastisch, wir wissen, welches es ist. Dann führten wir natürlich das andere Experiment durch, um herauszufinden, dass dieses Gen, genannt C-13, auch hinten arbeitet. Es braucht aber einen Co-Faktor und der Co-Faktor befindet sich nur vorne. Also man kann einerseits Dinge anschalten, andererseits hat man ein anderes Gen, das jetzt eine Reihe von Genen anschaltet. Was wir nicht wissen ist: Ist es das Gen das im Schwanz wirkt, das den ganzen Unterschiede ausmacht Wirkt es als ein Selektorgen, um bestimmte Dinge anzuschalten, oder ist es ein Verfeinerungs-Gen, das einigen Selektorgenen hilft, die wir noch nicht kennen? Also eine der Fragen. Ich möchte über einige der Rätsel sprechen, die wir, hoppla, Mal sehen, ob das zurückfährt, ja. Ah, so soll es funktionieren. Da haben wir es. Komm schon. Hm, da haben wir es. Einige der Probleme. Ich habe von dem Kontrollsystem gesprochen. Was wir wirklich gerne wissen möchten ist, wodurch wird das Kontrollsystem angeschaltet? Wir kennen dies in Form des Selektorgen mec-3, wir kennen es aber nicht in Bezug auf die feinen Unterschiede. Wir begannen dem nachzugehen, indem wir nach Mutanten mit verkürzten Prozessen und anderen Problemen suchten, andere Charakteristiken, die nur in einer Zelle waren oder auch nicht. Wir fanden in diesen Zellen noch etwas anderes. Wenn das Tier ausschlüpft, verläuft das berührungsempfindliche Neuron direkt neben dem Muskel. Das ist dieser grüne Punkt neben dem rosa Muskel. Wenn das Tier aber ausgereift ist, passiert etwas Komisches: Die Haut, dieses Blaue hier, beginnt die Zelle zu umschließen und vom Muskel fortzudrücken. In gewisser Hinsicht entfernt es die Umhüllung dieser Nervenzelle vollständig. In vielen biologischen Systemen werden Umhüllungen von Zellen durch andere Zellen entfernt. Wir erkannten, wir könnten dieses Phänomen durch rot fluoreszierendes Protein in den Muskeln untersuchen, und durch grün fluoreszierendes Protein in den Nervenzellen und einfach ausgereifte Tiere nehmen oder Tiere wie dieses und sie dann mutieren. Wir können sehen, ob wir Mutanten ohne Trennung finden. Wir haben jetzt ungefähr 50 davon. Wir versuchen noch immer herauszufinden, was das alles bedeutet. Das ist im Augenblick eine unserer Arbeiten. Weitere Entwicklungsprobleme. Wie ich in etwa erwähnt habe, wie allgemein gültig ist diese Verfeinerungs-Idee? Ist es nur, weil wir zufällig zwei Beispiele erhalten haben oder gibt es mehr Beispiele dazu? Ist dies ein allgemeines Phänomen zur Reduzierung der Stochastik? Sie können jetzt erkennen, dass dies eine wunderbare Art ist mit der Entwicklung zu spielen. Wenn Sie nämlich ein stochastisches System haben, eines, das sie von einem zum anderen wechseln könnten, könnte man vielleicht das Äquivalent zu unseren verfeinernden Genen haben, das Dinge in eine Richtung vorantreiben würde. Oder eine Art anti-verfeinerndes, die es in das anderes drängt, damit es nicht funktioniert. Man könnte also allerlei interessante Methoden haben, wie sich Zellen anhand der Manipulation dieses Systems differenzieren. Wir würden wirklich gerne wissen, ob dies der Fall ist. Wie kommt es, dass einige als Selektoren wirken und einige als Refiner, wie ist das zustande gekommen? Wir haben keine Ahnung. Woher kommt es, dass das mec-3 Selektorgen in diesen bestimmten Zellen exprimiert wird? Wir haben einige Ideen darüber, wodurch es behindert wird, wir wissen aber nicht warum es in diesen bestimmten Zellen angeschaltet wird. Und wie ich schon sagte: Was ist das letztlich alles, das diese Wirkung erzeugt? Das würden wir wirklich gerne wissen. Es gibt weitere kleine Fragen wie: Was zum Teufel machen diese Mikrotubuli in diesen Zellen? Und wie werden sie so organisiert, wie sie organisiert sind? Und schließlich haben wir uns darauf eingelassen, zu versuchen die Frage zu beantworten, wie Synapsen in den Zellen entstehen. Wie koppeln sie sich an andere Zellen, wie erkennen sie dies als ein Problem? Ich hoffe, Sie haben jetzt eine Idee davon erhalten, oder zumindest denke ich, da ich inzwischen Jahrzehnte und Jahrzehnte damit verbringe, dass ich in Hersheys Himmel geraten bin. Die meisten Menschen wissen nichts von Hersheys Himmel. Es hat nichts mit Schokolade zu tun, tut mir leid, es hängt mit Alfred Hershey zusammen, von dem gesagt wird, seine Idee eines Wissenschaftshimmel sei Ich glaube nicht, dass er das gemeint hat. Ich denke, das ist ein Teil des Zitats. Man führt nämlich das gleiche Experiment immer wieder aus, und das ist langweilig. Was er wirklich gemeint hat ist, man führt das gleiche Experiment immer wieder durch und jedes Mal lernt man dabei etwas Neues. Und in der Tat, dass wäre der wissenschaftliche Himmel. Ich hoffe, ich habe erklären können, dass diese Zellen uns viele Ansätze verschafft haben. Diese Grafik habe ich vor einiger Zeit über unsere Arbeitspapiere und über die verschiedenen von uns untersuchten Themen erstellt. Ich möchte, dass Sie sehen, es hat uns in viele verschiedene Richtungen geführt, wir arbeiten nicht wirklich auf in linearer Art und Weise. Wir untersuchen beispielsweise Genetik und Genomik und es werden große Zeiträume dazwischen liegen. Oder wir studieren Mikrotubuli und zwischen unseren Arbeiten werden große Zeiträume liegen. Es hängt davon ab, ob und wer begeistert ist, oder von dem Problem, und wenn eine Technologie entwickelt wird, und wie wir über die Dinge denken, und plötzlich gehen wir zurück und da ist dieses nagende Problem in unserem Hinterkopf. Für die unter Ihnen, die es interessiert, das ist GFP. Ich möchte gerne ein bisschen über Transduktion sprechen, da dies eines der Hauptprobleme war, denen wir uns widmen wollten. Und unter allen diesen Genfunktionen, die wir untersuchen konnten, konnten wir den Transducer finden. Dies ist eine Abbildung all der verschiedenen Genfunktionen, aber der Transducer, das Molekül, das die Berührung empfindet, ist ein Kanal der gebildet wurde, ein Trimer, zwei eines Proteins genannt mec-4 und eines aus mec-10. Es sind sehr ähnliche Proteine und sie lassen diesen Kanal entstehen, den mechanische Kräfte öffnen. Vor zwei Jahren konnten wir dies vorstellen und wir erhielten damit den ersten neuronalen Sensor von mechanischer Kraft. Wir waren also sehr stolz, dass wir dies tatsächlich nachweisen konnten. Doch auf diesem Weg fanden andere diesen ungewöhnlichen Natriumkanal, wir fanden ein cholesterol-bindendes Protein in der Membran. Das könnte auch ein steroid-bindendes Protein sein. Wir fanden ein Protein, das Mikrotubuli modifiziert und an ihrer Struktur beteiligt sein könnte. Und wir fanden einen neuen Typ Chaperon in dem endoplasmatischen Retikulum, das dafür benötigt wird, den Kanal für die Berührung zu formen und an die Oberfläche zu bringen. Also, viele verschiedene Wege, die sich hieraus ergeben haben. Ich möchte nicht so sehr über die Transduktion reden, sondern darüber, über was wir derzeit ständig stolpern, es ist Folgendes: man fängt an zu untersuchen, was denn das Empfinden bei unseren Sinnen hervorruft. Doch sehr schnell folgt eine andere Frage, da alle unsere Sinne veränderbar sind. Man geht aus einem dunklen Zimmer in helles Sonnenlicht, aus dem Sonnenlicht hier hinein, Ihre Augen passen sich an. Sie alle werden, solange ich es nicht anspreche, die Kleidung nicht spüren, die Sie tragen, weil Sie sich daran gewöhnt haben. Sobald ich es aber anspreche, beginnen Sie sich zu winden, und spüren natürlich, dass sie Kleider tragen und Sie sind erleichtert. Auf jeden Fall sind unsere Sinne veränderbar. Und wenn sie veränderbar sind, wie kommt denn das zustande? Auf welcher Ebene findet diese Veränderung statt? Hier haben wir wieder ein sehr kompliziertes Instrument verwendet, um das zu untersuchen; dies wurde von einem Doktoranden vorgenommen. Ich muss Ihnen das sagen, ich hatte eine wunderbare Idee. Ich meine, die war brillant. Der Gedanke war, wir haben immer Mutanten bekommen, die gegen Berührung unempfindlich waren, wir hatten aber nie Mutanten, die bei Berührung super-empfindlich waren. Das hatte mit den Grenzen der Detektion zu tun, so etwas vorzunehmen war einfach sehr schwierig. Es ist ein weiteres dieser Probleme, die wir sehr gerne beantwortet hätten, wie erhält man Superempfindliche. Ich hatte eine Idee: Nehmen wir die Petrischalen und stellen wir sie auf Autolautsprecher und setzen sie einer geringen Vibration aus. Und wenn wir sie vibrieren lassen, werden wir eine untere Schwellenvibration finden und dann Tiere, die auf diese Unter-Schwelle reagieren. Es war eine brillante Idee, die überhaupt nicht funktionierte. Doch wir hatten dadurch sehr viele Autolautsprecher im Labor und eine sehr viel klügere Person, als ich es bin, der Doktorand Xiaoyin Chen entschied, etwas anderes zu versuchen. Das war, und das muss ich Ihnen Doktoranden sagen: Machen Sie das bitte nicht, damit werden Sie keine Freunde gewinnen. Er stellte diese Dinge auf, er stellte sie auf etwa ein 50 Hertz Brummen ein und verließ dann das Labor, damit die Leute das stundenlang ohne Ende anhörten. Er machte sich bei ihnen nicht beliebt, sie verbannten ihn schließlich in ein Zimmer, in dem er das in Ruhe tun konnte. Was er herausfand, und was wir beim Beispiel Ihre Kleidung schon anrissen, war nicht etwa eine Unempfindlichkeit. Wir fanden heraus, dass die Tiere sich zuerst daran gewöhnten, doch nach einer Weile wurden sie wieder empfindlich, blockierten also die Gewöhnung. Sie taten dies aber nur bei den vorderen Zellen des Tieres, nicht bei den hinteren. Wir befassten uns mit dieser Mechanik. Er fand auch vier verschiedene Verfahren heraus, die nur auf vorne, nicht aber auf hinten wirkten, sie hatten aber den gegenteiligen Effekt. Statt dass das System angeschaltet wurde, schalteten sie es aus. Das alles dauerte mindestens drei Stunden, das geht also nicht sehr schnell. Alles davon ist schlecht, viel Salz, niedriger Sauerstoffgehalt, Dauer ist ein Ruhezustand des Tieres, die Dinge sind schlecht. Und er arbeitete den molekularen Mechanismus aus diesen heraus, ich werde nicht alle die gräulichen Details durchgehen, er fand aber, Vibration wirkte über einen vollständig anderen Satz von Sensoren in der Zellmembran, aktivierte diese Kinase und wir gehen durch diese Bahn. Endergebnis ist, wir erhalten mehr Kanäle. Mehr Kanäle bedeutet höhere Empfindlichkeit. Doch alle die negativen Dinge, die wirkten anders. Sie wirkten nicht auf die Zelle, sie griffen über einen Satz Neuronen ein, der eines der 40 Insuline erzeugt. Er testete alle 40, er fand heraus, dies war das einzig wichtige und jene stellten die Produktion ein. Wenn dies ausgeschaltet ist, wird das System eingeschaltet, wir erhalten Ubiquitinierung des Kanals und er wird von der Oberfläche entfernt. Weniger Kanäle, weniger Empfindlichkeit. Wir fanden auch, bei viel Salz war ein anderes der 40 Insulin vorhanden. Dies ist jetzt in vielerlei Hinsicht interessant. Zuerst sieht das so aus, wenn Sie sich das ansehen, dass das Nervensystem, von dem wir glaubten alles zu wissen, die ganze Konnektivität wirkt durch diese neuralen Hormone und daher nenne ich es das Schatten-Nervensystem. Wir wissen wirklich nicht, was da stattfindet. Dieser Teil des Systems integriert in der Tat zwei verschiedene Defekte. Alle drei sind an diesem Punkt in der Zelle integriert. Und alle vier von diesen Eingaben sind an diesem Punkt integriert. Es gibt hier also eine Menge Signalvergleich, um ein Nettoergebnis zu erhalten, wenn die Tiere sich vorwärts oder rückwärts bewegen. Ich habe nicht die Zeit, zu behandeln, warum das so ist. Ich kann Folien zeigen, durch die ich rasch fliege. Warum wollen diese Würmer ihr Nervensystem ein- und ausschalten? Wir glauben, schließlich ist es für Würmer in der Wildnis unwahrscheinlich, dass sie es mit Autolautsprechen zu tun bekommen. Sie kommen aber in eine Situation, in der sie sich wiederholende Signale empfangen und das ist Regen. Gewöhnlich gehen sie zu einer faulenden Frucht, darin gibt es Bakterien und ein Regenguss würde die Langzeit-Stimulation erzeugen, die die Kopfempfindlichkeit aus- und anschalten sollte. Warum ist das wichtig? Es zeigt sich, der große Jäger dieser Würmer ist ein Pilz, der ein Lasso hat. Die Würmer geraten in das Lasso und es klammert sich an sie. Sie gehen nie zurück. Nach dem Regen wäre es ein Schutzmechanismus, sehr empfindlich zu sein und sich hier davonzumachen. Und so sieht es aus, und in Experimenten hat sich das so gezeigt. Es gibt andere Dinge: Herunterregulieren der vorderen Änderungen des vollständigen Gleichgewichts des Nervensystems. Wenn man eine Platte antippt, wenn sowohl vorne und hinten funktioniert, geht das Tier rückwärts. Tippt man aber die Platte an, wenn der Kopf reduziert ist, geht es nur vorwärts. Diese Anpassungen verändern das, von dem wir glaubten, es sei ein statisches Nervensystem, in ein System, das auf verschiedene Verhaltensweisen reagieren kann. Ich werde mich jetzt beeilen. Und gehe hierhin und spreche einige der Probleme an, die wir haben. Eines davon ist, wir kennen in diesem Tier hunderte Neuropeptide. Was machen die? Wirken andere, außer diese beiden Insuline, auf Berührung? Wir haben den Verdacht, dass dem so ist. Wir wissen auch, diese Sinneszellen exprimieren selbst 19 verschiedene Neuropeptide-Gene, die Neuropeptide sind also vielleicht Signale. Wir haben keine Ahnung, was sie da machen. Was ist dieses Schatten-Nervensystem? Wie bildet das den Kreislauf ab, den wir von den chemischen und elektrischen Synapsen kennen? Ich habe keine Ahnung. Gibt es andere Arten der Anpassung? Wir haben eine ganze Reihe verschiedener Arten von Anpassung bei der Berührung gefunden. Einige finden in Sekunden, andere in Minuten statt, einige wirken in längeren Zeiträumen, wie ich Ihnen erzählt habe. Wir möchten von dies allem den molekularen Mechanismus verstehen und wie sie sich gemeinsam zusammenfügen. Eine lustige Sache über Gewöhnung. Sie merkten wie schnell sie erkennen, dass Sie Kleidung tragen. Gewöhnung wirkt also über eine lange Zeit, doch dann (Schnipsen), lässt sie sich fast unmittelbar umkehren. Welcher Mechanismus wirkt hier? Und dann ist das fundamentale Problem: Wie funktioniert der Berührungssensor? Ich hoffe also, einige der Physiker und Ingenieure aus der Zuhörerschaft sind von diesem Problem angezogen und kommen herauf, wir möchten nämlich wirklich gerne wissen, wie ein mechanisches Signal von diesen Kanälen verarbeitet wird und wie das funktioniert. Und um das noch zu erweitern, wie funktioniert Berührung in Menschen? Handelt es sich um die gleiche Art Proteine, sind es andere, gibt es Prinzipien, die die gleichen sind? Ich möchte eine weitere Sache hinzufügen. Wir sind nicht wirklich sicher ob das, was wir entdeckt haben, verbunden ist, Sie merken aber, ich rede von den Neuropeptiden und sagte, dass diese Insulin seien. Das Tier hat sehr viel Insulin. Es stellte sich heraus, eines der ersten Symptome, die Menschen mit Typ 2 Diabetes haben ist, weshalb sie dann zum Arzt gehen, sie sagen, ich habe ein Taubheitsgefühl in meinen Fingern und Zehen. Es gibt also etwas, das man diabetische Neuropathie nennt. Ich hatte geglaubt, dies sei nach dem Umstand, dass die Krankheit bereits eine Weile vorhanden ist. Es zeigt sich aber, dass dies sehr früh auftritt. Warum ist das wichtig? Nun, es stellt sich heraus, dass dies die Ursache Nummer eins für Amputationen weltweit ist. Etwas von diesem Mechanismus zu verstehen... Ich sage nicht, das was uns vorliegt das Gleiche wie in diesen Menschen ist, doch man beginnt darüber nachzudenken, wie Anpassung auch in diesen Systemen wichtig sein könnte. Und da ich keine Zeit mehr habe, lasse ich Sie das einfach lesen, mein Lieblingszitat über Grundlagenforschung und die Bedeutung der Grundlagenforschung, ein Zitat von Robert R. Wilson als er vor dem Congress aussagte. Ich lese es einfach: „Es geht hier um den Respekt.“ Sie wollten wissen, ob es gut sei, den Fermilab-Beschleuniger für die nationale Verteidigung voranzutreiben, man befand sich mitten im Vietnamkrieg. Und er sagte: Vielen Dank

Martin Chalfie (2015)

Tickling Worms: Suprises from Basic Research

Martin Chalfie (2015)

Tickling Worms: Suprises from Basic Research

Abstract

Research, at least my research, has never been linear. I have found that my lab and I often double back on problems after years of inactivity or go off in entirely new directions as dictated by the work and people’s interests This lack of direction results, at least in part, from the fact that I am a geneticist and mutants have an annoying, yet wonderful, habit of leading one into new areas of study. I will describe how a simple assay to look for mutants in the nematode Caenorhabditis elegans that are insensitive to touch (stroking animals with an eyebrow hair glued to a toothpick) led me and my lab to investigate problems in cell determination, cell differentiation, mechanosensory transduction and modulation, and neural circuitry and the integration of sensory signals. Along the way, these studies resulted in the introduction of Green Fluorescent Protein (GFP) as a biological marker, several other methods, and maybe even some insights into a few human diseases. Although we actually have answered some of the questions we set out to study, the excursions far from what I thought I was studying have often been the most exciting.

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