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Yellow dots

Krebs (R)Evolution
- Jetzt sind Sie dran

Entdecken Sie verschiedene Darstellungen der Evolution von Zellpopulationen!

Dauer der Aktivität: 30 Minuten
Altersempfehlung: ab 15 Jahren
Computational OncogenomicsMedical Data Science

krebs revolution

Hintergrund

Das Ziel dieser Aktivität ist es, verschiedene Modelle zu entdecken, die verwendet werden, um die Evolution von Krebszellpopulationen darzustellen … und die Ähnlichkeiten mit der Evolution von Bakterienpopulationen in Gegenwart eines Antibiotikums. 

 

 

Krebs: eine Geschichte der Evolution  

Krebs ist das Ergebnis einer abnormalen Proliferation von Zellen. Diese Ansammlung von Zellen führt zur Bildung eines Tumors. 

Tumorzellen sind genetisch sehr heterogen, obwohl sie alle von einer gemeinsamen Vorfahrenzelle abstammen. Eine Teilung folgt auf die nächste, und so kann jede Zelle unterschiedliche Zellpopulationen hervorbringen. 

 

Diese unterschiedlichen Populationen entwickeln sich entsprechend ihrer Umgebung. Der Selektionsdruck variiert im Laufe der Zeit unter dem Einfluss von endogenen (Tumorumgebung, geografische Barriere, Immunsystem des Patienten) und exogenen Faktoren (medikamentöse Behandlungen). 

Zu einem bestimmten Zeitpunkt dominante Zellpopulationen können sich in evolutionären Sackgassen wiederfinden und verschwinden, während eine Minderheitszellpopulation bestehen bleiben und dominant werden kann. In einigen Fällen können mehrere Populationen koexistieren. 

Die Erforschung von Krebs anhand einer evolutionären Vision wirft daher ein neues Licht auf die Komplexität der verschiedenen Prozesse, die in einem Tumor ablaufen. 

Cell divisions illustration

Die Entwicklung von Krebszellen im Laufe der Zeit ist jedoch bei Patienten schwer zu untersuchen. Eine regelmäßige Probenentnahme während der gesamten Erkrankung ist nicht möglich. 

Die meisten Studien sagen die Entwicklung von Zellpopulationen anhand einiger Proben voraus, die gelegentlich entnommen werden, und verwenden mathematische Modelle, die Konzepte aus der Artenevolution, Ökologie und Populationsgenetik verwenden. 

 

Jetzt sind Sie dran!

Nachfolgend finden Sie Darstellungen verschiedener Arten der Evolution von Zellpopulationen innerhalb eines Tumors. 

Es ist nun an Ihnen, die verschiedenen Arten der Evolution ihren Darstellungen (Grafik und Baum) und den dazugehörigen Erklärungen zuzuordnen, indem Sie die Kästchen vertikal verschieben.

  • Art der Evolution
  • Lineare Evolution
  • Neutrale Evolution
  • Verzweigte Evolution
  • Punktuelle Evolution
  • Grafische Darstellung
  • Linear Evolution
  • Neutral Evolution
  • Branched Evolution
  • One-time Evolution
  • Baumdarstellung
  • Linear Evolution
  • Linear Evolution
  • Linear Evolution
  • Linear Evolution
  • Erklärung
  • Jede neue Population ersetzt die vorherige Population.

  • Die verschiedenen Bevölkerungsgruppen leben nebeneinander.

  • Eine oder mehrere Populationen nehmen im Laufe der Zeit überhand und ersetzen die anderen.

  • Nach einem bestimmten Ereignis wird eine einzelne Population zur Mehrheit.

Ein ähnliches Beispiel: Bakterien- und Antibiotikaresistenz 

Die schnelle Evolution von Krebszellpopulationen kann durch das Auftreten neuer Mutationen in jeder Generation und die genetische Heterogenität der resultierenden Zellpopulationen erreicht werden. 

Derselbe biologische Prozess findet in einer Bakterienpopulation in Gegenwart eines Antibiotikums statt: Die Evolution dieser Bakterienpopulation kann dank des Auftretens neuer Mutationen mit jeder Generation stattfinden. 

Einige Bakterien, die auf diese Weise gegen das Antibiotikum resistent geworden sind, werden sich weiter vermehren, während andere Bakterien, die empfindlich auf das Antibiotikum reagieren, verschwinden. Diese Resistenzen können angeboren (Vorhandensein von Resistenzgenen) oder erworben sein (z. B. Auftreten von Mutationen, die die Expression bestimmter Gene verändern). 

 

Evolution von Bakterienpopulationen live… 

Das Video rechts (auf Englisch) zeigt das Wachstum einer Population von Darmbakterien namens Escherichia coli (in weiß), die auf einer großen Platte kultiviert wird, die mit einem Nährboden aus Agar bedeckt ist (in schwarz). 

Diese Platte besteht aus mehreren Bändern, wobei jedes Band ansteigende Konzentrationen eines Antibiotikums enthält, wobei sich die höchste Konzentration (1000x) in der Mitte befindet. 

Mit jeder Änderung der Antibiotikumkonzentration verlangsamt sich das Bakterienwachstum. Neue Populationen mutierter Bakterien, die gegen eine höhere Konzentration des Antibiotikums resistent sind, treten auf und teilen sich weiter. 

Die Bakterienpopulationen, die im Zentrum der Platte wuchsen, wurden resistent gegen eine 1000-mal höhere Konzentration des Antibiotikums, und das innerhalb von 11 Tagen! 

Daher ist es wichtig, die Dosierung der uns verschriebenen Antibiotika-Behandlungen buchstabengetreu einzuhalten!

 

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