DPMA - Erfinderaktivitäten 2005/2006

gespeichert ist, in Aminosäuresequenzen von Proteinen
übersetzt (translatiert). Ein Ribosom besteht aus einer
großen und einer kleinen Untereinheit, die sich aus einer
Vielzahl von Protein-Molekülen und aus ribosomalen RNA-
Molekülen (rRNAs), zwei in der großen und einem in der
kleinen Untereinheit, zusammensetzen. Das rRNA-Molekül
der kleinen ribosomalen Untereinheit wird nach seinem
relativen Gewicht in Svedberg-Einheiten („S“) als 16S
rRNA bezeichnet. Die Basensequenz der 16S rRNA ist
nun für eine bestimmte Organismenart sehr
charakteristisch. Da Ribosomen in großer Zahl in den
Zellen vorkommen, ist auch die Menge an 16S rRNA, die
man aus jeder Zelle gewinnen kann, sehr hoch im
Vergleich zu anderen Nukleinsäure-Typen, was vor der
Erfindung der PCR analytisch von Vorteil war. Dies war der
Grund für die bevorzugte Verwendung von 16S rRNA bei
der Erstellung der molekularen Stammbäume der
Bakterien (früher „Eubakterien“, siehe Figur 1) und der
Archaeen (früher „Archaebakterien“).
Figur 1: Klassischer 16S rRNA/rDNA-Stammbaum der Bakterien
(damals „Eubakterien“); Legionellen gehören u.a. mit E. coli,
Pseudomonas, Agrobacterium und Rhizobium zur Großgruppe
„Purpurbakterien“ (ganz rechts unten), heute umbenannt in
„Proteobakterien“ (aus DE 690 22 180 T2).
Besonders Carl Woese von der Universität von Illinois
gebührt das Verdienst, diese Bedeutung der 16S rRNA
erkannt zu haben ([3], [4]). Die Abschnitte auf der
bakteriellen Erbsubstanz, die die Information für die rRNA-
Moleküle tragen, werden rRNA-Gene genannt, man kann
aber auch die Begriffe rDNA-Gene oder rDNA finden;
diese Gene codieren ausnahmsweise einmal nicht für
Proteine. Da die genetische Information in RNA und DNA
gleich ist, ist sowohl die Bezeichnung „16S rRNA-
Stammbaum“, als auch „16S rDNA-Stammbaum“ korrekt.
Figur 2: Vervielfältigung von rDNA-Abschnitten durch PCR;
Bakterienzelle (1), DNA-Isolierung (2), rRNA-Gen-Abschnitt auf
einem Bruchstück des Erbmaterials (3), PCR (4)-(8): Trennung
der DNA-Doppelstränge in Einzelstränge bei 95°C (4), Anlagerung
kurzer Primer bei 55°C (5), Verlängerung der Primer und
Synthese neuer Zweitstränge (gestrichelt) durch das hitzestabile
Enzym Taq-DNA-Polymerase bei 72°C (6), fertiggestellte DNA-
Doppelstränge (7), Trennung der neuen Doppelstränge wiederum
bei 95°C (8).
Heute isolieren Bakterien-Stammbaumforscher meist keine
rRNA-Moleküle aus Bakterien der Laborkulturen mehr, wie
noch Carl Woese um 1980, sondern sie entnehmen eine
Gesamt-Probe, die eine Vielzahl von Bakterien-Arten
enthält, aus der Umwelt, z.B. aus dem Erdboden ([5]),
isolieren direkt die gesamte DNA, die stofflich stabiler ist
als RNA, und vervielfältigen die 16S rDNA-Gene durch
PCR im Reagenzglas (siehe Figur 2), bis so viel DNA
vorliegt, dass die Basensequenzen der in der Probe
vorkommenden Bakterien-Arten bestimmt werden können
(siehe S. 964 von [5]). Auf diese Weise gewonnene
Basensequenzen bezeichnet man als „environmental
sequences“; man gewinnt durch sie auch über solche
Bakterien Erkenntnisse, die noch nicht im Labor kultiviert
werden konnten.
Erfinderaktivitäten 2005/2006 93