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2 Kapitel 1. Bezeichnungen und Grundlagen
den sich Wasserstoffbrückenbindungen aus. Diese halten die beiden antiparallelen
Stränge zusammen und sorgen so für die die sogenannte Doppelhelix-Struktur der
DNS. Da es somit zu jeder Base auf dem einen Strang eine komplementäre Base
auf dem anderen Strang gibt, werden die Länge der Doppelhelix und Abstände
darauf auch in der Einheit Basenpaare oder kurz bp angegeben.
Die Replikation der DNS geschieht durch das Aufwinden der Doppelhelix und
Trennen der beiden Stränge. Hierfür initiieren bestimmte Proteine, sogenannte
Helikasen, an einem speziellen ”
Replikations-Ursprung“ oder ”
Startpunkt“ das
Entwinden der beiden Stränge, so dass die Wasserstoffbrückenbindungen gelöst
werden können. Jeder Einzelstrang dient dann als Vorlage für den entsprechenden
komplementären Strang, so dass dieser durch die Polymerase synthetisiert wird.
Dieser hier stark vereinfacht dargestellte Vorgang steht im Mittelpunkt vieler Forschungsarbeiten.
So sind sowohl Veränderungen bei der Replikation von großem
Interesse, als auch beispielsweise das Lokalisieren eines Replikations-Ursprungs.
Die DNS fungiert daher als eine Art ”
genetische Datenbank“, in der auf diese
Weise Unmengen an Information ”
gespeichert“ wird. So besteht das Genom
des Escherichia coli, ein Colibakterium, das gerne als Modellorganismus herangezogen
wird, weil es sehr gut erforscht ist, aus etwa 5 · 10 6 Basenpaaren, das der
Drosophila, der allseits bekannten Fliege, aus etwa 2·10 8 und das menschliche Genom
aus etwa 3 · 10 9 Basenpaaren. Hieraus wird offensichtlich, dass automatische
Verfahren gebraucht werden, um diese enormen Datenmengen zu untersuchen.
So müssen beispielsweise DNS-Sequenzen verglichen und signifikante Ähnlichkeiten
ermittelt werden, um von bekannten Organismen auf zu erforschende schließen
zu können oder es müssen Regionen mit speziellen Funktionen gefunden werden,
um die Infektion einer Wirtszelle durch einen Virus zu untersuchen. Diese
Verfahren benötigen zum einen immer ausgeklügeltere Algorithmen sowie mehr
Rechenleistung und zum anderen immer bessere statistische Verfahren um die
Signifikanz der ermittelten Ergebnisse einzuschätzen.
Die Informationen sind in funktionellen Gruppen, den Genen, auf der DNS angeordnet.
Diese machen nur einen Bruchteil der DNS aus. Dazwischen liegen große
Teile, die oft als ”
DNS-Müll“ beziehungsweise englisch ”
junk DNA“ bezeichnet
wurden. Man geht jedoch mittlerweile davon aus, dass diese Intergensequenzen
regulatorische Aufgaben erfüllen. Da die Intergensequenzen jedoch keine direkte
Bedeutung für die Struktur der Translationsprodukte besitzen, tendieren sie in
höherem Maße zur Mutation, so dass sie sich bei verschiedenen Individuen in der
Regel messbar unterscheiden. Sie werden daher für den sogenannten genetischen
Fingerabdruck oder für Abstammungsgutachten, volkstümlich auch Vaterschaftstest
genannt, benutzt.
Zur Erforschung von Verwandschaften auf evolutionärer Ebene sind dagegen die
Gene geeignet. Anhand der Ähnlichkeit der Sequenz von Genen mit vergleichbarer
Funktion werden mithilfe des sogenannten ”
Sequence Matching“ beispielsweise
phylogenetische Bäume erstellt.