Zelldifferenzierung, Regeneration und Altern; Systembiologie und Synthetische Biologie

Aus einer totipotenten befruchteten Eizelle entwickeln sich sämtliche Gewebe und Organe eines Organismus. Das Entwicklungspotenzial der Zellen verringert sich während der Differenzierung durch epigenetische Mechanismen: Zum Beispiel entstehen aus einem Hepatozyten nur noch weitere Leberparenchymzellen. Zellen auf Zwischenstufen der Differenzierung werden als pluripotente Stammzellen bezeichnet, falls sie sich noch zu verschiedenen Zelltypen (z. B. von Leukocyten) entwickeln können. Alterungsvorgänge äußern sich auf vielfältige Art; sie führen zu verminderter Leistungsfähigkeit von Organellen, Zellen und Organen. Spontanmutationen und ROS (Reactive oxygen species, Nebenprodukte der Atmungskette in den Mitochondrien) scheinen die Hauptursachen der Alterungsvorgänge zu sein. Die Systembiologie versucht, gewisse Vorgänge in Organismen gesamtheitlich zu verstehen. Die Resultate verschiedener Hochdurchsatztechniken (z. B. zur Erfassung von Stoffwechsel, Signaltransduktion oder Genaktivierung) werden kombiniert und die Vernetzungen dieser Vorgänge im Organismus aufgeklärt. Systembiologische Ansätze in der medizinischen Diagnostik erlauben eine besser fundierte personalisierte Therapie. Die Synthetische Biologie entwickelt neue Organismen, die nicht in der Natur vorkommen, d. h. Zellen mit neu eingeführten Genen oder sogar neuem vollsynthetischem Genom. Sie eröffnet neue Wege zur industriellen Synthese nutzbarer Stoffe und hat das Potenzial, große anstehende Probleme wie Nährstoff- und Energiemangel zu lösen.