Bausteine des Lebens

52 Innovate! 2/07 Biotechnologie
Dr. Bernhard Korn, verantwortlich für die Genom- und Proteomforschung
am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg.
Zudem kodiert die Säugetier-DNA nur zum geringen Prozentsatz
konkrete Erbinformationen. Zwischen den 20 000 bis 30 000 Genen
liegen informationsleere Abschnitte mit sich wiederholenden
Basenfolgen, die die Identifi zierung der Gene sehr erschweren.
Mittlerweile entwickelten sich die Technologien, mit denen DNA-
Sequenzen analysiert werden können, erheblich weiter. „Wir forschen
inzwischen mit einem System der zweiten Generation, das Sequenzen
von 200 bis 300 Basenpaaren Länge erfassen kann und dabei mit
einer über 99,5-prozentigen Genauigkeit arbeitet“, erklärt Korn.
Mithilfe dieser Sequenzierungstechnologie fanden Mitchell L.
Sogin und seine Arbeitsgruppe vom Josephine Bay Paul Center in
Woods Hole, Massachusetts, in einem Liter Seewasser mehr als
20 000 Arten Bakterien. Zwar haben Meeresbiologen in den letzten
20 Jahren viele neue Mikroorganismen entdeckt und beschrieben,
und inzwischen sind mehr als eine halbe Million Arten bekannt.
Nach den neusten Ergebnissen von Sogin kann man aber
davon ausgehen, dass die Artenvielfalt allein unter den Mikroben
die Fünf- bis Zehnmillionengrenze überschreitet.
RÄTSELHAFTE „RARE BIOSPHERE“ DER OZEANE
Für die Analyse der marinen Arten wurden aus jeder Wasserprobe
etwa 25 000 kurze DNA-Fragmente hergestellt. Die Meeresforscher
konnten so auch sehr selten vorkommende Organismen
fi nden, die in Studien mit weniger empfi ndlichen
Nachweismethoden von häufi gen Arten überdeckt wurden. Bislang
ist die „Rare Biosphere“ der Ozeane nicht erforscht, weder
gibt es eine genaue Vorstellung
über ihre Artenvielfalt, noch
ist bekannt, ob ihre Vertreter
exklusiv an einen einzigen Lebensraum
angepasst sind oder
ob sie als eine Art Generalisten
weltweit vorkommen. Sie
könnte ein unerschöpfl iches
Reservoir für genetische Innovation
sein, so Mitchell L. Sogins
Theorie. Mit diesem Modell
ließe sich erklären, warum
sich mikrobielle Lebensgemeinschaften
nach Umweltkatastrophen
so schnell erholen
und warum jedes neu analysierte
Mikroben-Genom sogar
beim Vergleich mit nah verwandten
Arten so große genetische
Unterschiede zeigt.
Glossar
„Die Bedeutung von DNA-
Analysen in der Life Science
Forschung nimmt deutlich zu,“
erklärt Dr. Bernhard Korn.
BASEN Bausteine der DNA: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G), Cytosin
(C). Die Basen bilden im Erbgutstrang stabile Paare aus, A paart sich immer
mit T und G immer mit C.
DNA Desoxyribonucleic acid (Desoxyribonukleinsäure): die chemische
Substanz, aus der das Erbgut besteht.
ELEKTROPHORESE Analysemethode durch Trennung geladener Teilchen
in einem elektrischen Feld.
GENE Funktionsabschnitte des Erbguts, die als Bauanleitung vor allem
für Proteine dienen.
GENOM Die Gesamtheit aller Gene eines Organismus.
NUKLEINSÄUREN Überbegriff für DNA und RNA. Kettenförmige Moleküle,
deren einzelne Bausteine die Nukleotide sind.
NUKLEOTIDE Die Bausteine der DNA und der RNA. Sie bestehen aus
den vier Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin – in der RNA wird
anstelle von Thymin das Uracil eingebaut – einem Zucker- und mindestens
einem Phosphatrest.
PCR Polymerase Chain Reaction (Polymerasekettenreaktion). Methode
zum schnellen Vervielfältigen auch extrem kleiner DNA- und RNA-Mengen.
RNA Ribonucleic acid (Ribonukleinsäure). Die chemische Verbindung,
aus der beispielsweise die Arbeitskopien der Gene bestehen.
Neue und verbesserte Sequenzierungstechniken könnten Hinweise
auf Genmutationen geben, die ihre Träger für Krebs- oder
Herzerkrankungen empfänglich machen. Über die Sequenzierung
von Bakterien- und Virusgenomen lassen sich Aussagen zum Verlauf
einer Infektion und zum Therapieansprechen gewinnen.
Zurzeit wird auch an historischem Material gearbeitet: Wissenschaftler
um Dr. Hendrik Poinar an der McMaster-Universität
in Ontario, Kanada, untersuchen die DNA von Opfern der mittelalterlichen
Pest-Epidemien in Europa. Davon erhofft man sich
Hinweise auf Epidemien wie HIV oder die Vogelgrippe. Vielversprechend
erscheint die Technologie bei der Suche nach Angriffspunkten
für Tumortherapien, die gezielt in Regulationsvorgänge
bösartig entarteter Zellen eingreifen.
Professor Dr. Christian Strassburg von der Medizinischen Hochschule
Hannover konnte mit seiner Arbeitsgruppe nachweisen, dass
Träger der Gilbert-Meulengrachtschen Erkrankung Komplikationen
entwickeln, wenn sie Medikamente einnehmen, die über die Glukuronidierung
verstoffwechselt werden. Dadurch wird eine Arznei chemisch
so verändert, dass sie wasserlöslich wird und über die Niere
oder die Galle ausgeschieden werden kann. Von dem eigentlich unkomplizierten
Gilbert-Meulengracht-Syndrom sind etwa neun Prozent
der Bevölkerung betroffen. Normalerweise muss es nicht behandelt
werden. „Zu Problemen kommt es, wenn der Betroffene auf ein
Medikament angewiesen ist, das über diesen Stoffwechselweg ausgeschieden
wird“, erklärt Strassburg. Die Varianten im Erbgut, die für
die Störungen der Glukuronidierung verantwortlich sind, können
durch einen Gentest nachgewiesen werden. „Wir konnten in unseren
Untersuchungen zeigen, dass jeder zehnte Deutsche einen veränderten
Stoffwechsel aufweist, der
Ursache für Nebenwirkungen
von Arzneimitteln sein kann“,
betont der Gastroenterologe.
Manchmal lässt sich mit
der Gensequenzierung das Geschichtsbild
korrigieren. Bislang
dachte man, dass Iren von
den Kelten und Engländer von
den Angelsachsen abstammen.
Da sich eine erhebliche Übereinstimmung
der Gene in diesen
Bevölkerungsgruppen nachweisen
ließ, nimmt man nun
an, dass beide gleiche Vorfahren
haben. Nah stehen sich
auch Mensch und Rhesusaffe:
Wie sich jetzt zeigte, sind 97,5
Prozent seiner Gene mit denen
des Menschen identisch. !
Fotos: Roche / Uwe Dettmar