TOTIPOTENTIALITÄT: GESCHICHTE, EIGENSCHAFTEN UND BEDEUTUNG - BIOLOGIE - 2025

Die Totipotenz oder Totipotenz ist die Fähigkeit, Fähigkeit und das Potenzial jeder embryonalen Zelle, die Gesamtzellen eines Individuums zu produzieren. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort totipotentia ab, was die Fähigkeit für alle Dinge und / oder die Fähigkeit bedeutet, ein vollständiger Organismus zu werden oder hervorzubringen.

Die totipotenten Zellen, die am besten definiert oder untersucht werden, sind die Zygote und die Sporen. Einige Autoren verwenden den Begriff Stammzellen und totipotente Zellen als Synonym, es besteht jedoch diesbezüglich kein Konsens.

Totipotentialzellen. Entnommen und bearbeitet von: Jucomo.

Stammzellen sind nach Ansicht einiger Autoren Gruppen undifferenzierter Zellen, die zu verschiedenen Gruppen oder Typen spezialisierter Zellen werden können. Sie können unipotent, multipotent und auch totipotent sein. Nur letztere sind in der Lage, ein vollständiges Individuum hervorzubringen.

Geschichte

Der Vater der Totipotentialität ist der deutsche Biologe und Philosoph Hans Adolf Eduard Driesch. Dieser Wissenschaftler revolutionierte das Verständnis der Embryologie dank seiner Experimente mit Seeigeln.

1891 führte Driesch Experimente mit zweizelligen (zweizelligen) Embryonen des Seeigels Echinus microtuberculatus (heute bekannt als Psammechinus microtuberculatus) durch, um die damals akzeptierten Hypothesen über die Embryonalentwicklung in Frage zu stellen.

Ihre Ergebnisse zeigten, dass sich die Zellen eines frühen Embryos (Zygote), wenn sie entweder mechanisch oder natürlich getrennt werden, weiter entwickeln können, bis sie normale Larven bilden, was zu dem Schluss führt, dass diese Zellen in ihren frühen Entwicklungsstadien totipotent sind.

Dies stand im Gegensatz zu den Ergebnissen von Wilhelm Roux (Pionier der experimentellen Embryologie), der mit zweizelligen Froscheiern gearbeitet hatte. Roux fand heraus, dass beim Abtöten einer der beiden Zellen missgebildete Embryonen entstanden, was zu dem Schluss führte, dass embryonale Zellen vorbestimmte Ziele haben.

Später im Jahr 1910 überprüfte der amerikanische Chemiker, Zoologe und Physiologe Jesse Francis McClendon, ob Drieschs Ergebnisse bei Fröschen, Hühnern, anderen Igeln und sogar Säugetieren reproduziert werden konnten.

Eigenschaften

Die Totipotentialität ist durch das Potenzial einiger Zellen gekennzeichnet, ein vollständiges Individuum hervorzubringen. Diese können zu jeder Art von Zelle im Körper und auch in anderem extraembryonalen Gewebe werden.

Totipotente Zellen werden in Organismen sowohl sexueller als auch asexueller Fortpflanzung gebildet, sie sind Zygoten oder Sporen. Sie können eine Zygote im Samen eines Phanerogams (Pflanze), in einem Ei eines Tieres oder in einer Gebärmutter eines Säugetiers (wie Menschen, Elefanten oder Mäuse) sein.

Dieses Potenzial hat in den meisten Fällen eine kurze Lebensdauer während der Entwicklung. Im menschlichen Körper haben sie eine begrenzte Zeit, ungefähr 4 Tage nach der Befruchtung. In anderen Organismen wie Pflanzen, Meeresschwämmen, Ringelwürmern, Seesternen und Mäusen haben sie eine unterschiedliche Dauer.

Totipotentialität in verschiedenen Gruppen von Organismen

In Pflanzen und Pilzen, die sich durch Sporen vermehren, wird gesagt, dass diese Zellen, die nicht befruchtet werden müssen, vom totipotenten Typ sind, da die Zygote dieser Organismen die Fähigkeit besitzt, alle Arten von Zellen zu produzieren, die zur Entwicklung eines vollständigen Individuums erforderlich sind.

Zahlreiche Entwicklungs-, Wachstums- und Gewebekulturstudien an Pflanzen haben wiederholt gezeigt, dass viele Pflanzenzellen totipotent sind. Ein Beispiel hierfür sind die Kulturen kleiner Gewebe oder Stängelschnitte, die in Wachstumsmedien ein völlig neues Individuum hervorbringen oder regenerieren können.

Wirbellosen

Wie bereits erwähnt, wurde die erste Studie, die die Existenz totipotenter embryonaler Zellen zeigte, mit Seeigeln (Stachelhäutern) durchgeführt. Seitdem wurden viele Studien durchgeführt, um Drieschs Experiment zu wiederholen, und in allen ist das Ergebnis dasselbe (das Vorhandensein von Totipotentialität).

Ein anderer Fall bei Stachelhäutern, diesmal jedoch bei Seesternen und Seesternen, ist die Fähigkeit einiger Arten von diesen, einen vollständigen Organismus aus einem Abschnitt oder Teil eines Arms (ohne Teile der Zentralscheibe) zu regenerieren. Diese Regenerationsfähigkeit ist auf das Vorhandensein adulter totipotenter Stammzellen zurückzuführen.

Linckia guildingi Seestern, Organismus, der aus einem Arm anderer Organismen regeneriert wurde. Entnommen und bearbeitet von: Emőke Dénes.

Poriferöse (Schwamm-) Gewebestudien zeigen, dass diese primitiven Organismen eine große Anzahl totipotenter Zellen aufweisen. Dies ermöglicht es ihnen, jede Art von Zelle zu produzieren oder zu erhalten, die sie benötigen, und manchmal auch in der Lage zu sein, einen vollständigen Organismus aus einem kleinen Körperteil zu regenerieren.

Wirbeltiere

Bei Wirbeltieren werden Totipotentialitätsstudien in der Embryonalentwicklung beschrieben; Das heißt, die embryonalen Zellen von Wirbeltieren wie Fischen, Reptilien, Vögeln und Säugetieren zeigen ein totipotentes Verhalten ähnlich dem von Drieschs Igeln.

Unabhängig von der Art der Reproduktion (gegenseitige Befruchtung, Selbstbefruchtung und auch Parthenogenese) können die zwischen Zygote und Morula vorhandenen Zellen (erste Segmentierungen der Zygote) alle Zelltypen produzieren und zu einem kohärenten Bauplan (einem vollständigen Organismus) organisieren ).

Zelltypen entsprechend ihrer totipotenten Kapazität

Ein großer Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft klassifiziert totipotente Zellen nach ihrer Herkunft und ihrem Potenzial. Entsprechend ihrer Herkunft werden sie in embryonale, fetale und erwachsene eingeteilt, während sie entsprechend ihrer Potentialität in die folgenden Gruppen eingeteilt werden.

Totipotent

Diejenigen, die zu einem vollständigen Individuum führen.

Pluripotent

Sie können Zellen bilden, aus denen jede embryonale Linie hervorgeht, aber sie bilden keinen vollständigen Organismus.

Multipotent

Diejenigen, die nur Zellen derselben Linie oder embryonalen Schicht hervorbringen können.

Unipotent

Spezialisierte Zellen, die in einen einzelnen Zelltyp differenzieren können.

Bedeutung

Studien mit totipotenten Zellen (im weitesten Sinne der Klassifizierung nach ihrem Potenzial) ermöglichen es uns, sie als mögliche Heilung für viele Krankheiten, Geweberegeneration, Zelltherapien und sogar potenzielle Quellen für das Klonen von Pflanzen, Tieren und dem Menschen selbst zu sehen. Das war Gegenstand vieler ethischer Debatten.

Studien zu angeborenen Krankheiten und Krebs werden von erfahrenen Wissenschaftlern in totipotenten Zellen aufgrund der bei einigen dieser Krankheiten vorhandenen Zellentwicklung und -vermehrung durchgeführt.

Analysen und Studien der ersten zygotischen Teilung (totipotenter Zellen) haben viel Einblick in die Aktivierung und Inaktivierung von Genen sowie in die Beteiligung von Proteinen gegeben, die diesen Prozess ermöglichen.

Andere wissenschaftliche Fortschritte im Zusammenhang mit Studien der ersten embryonalen oder zygotischen Teilung sind Missbildungen und / oder Geburtsfehler, die durch abnormale frühe Zellteilungen und Differenzierung verursacht werden.

Verweise

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