Künstliche DNAHerumschrauben am Gengerüst

RNA und DNA waren bisher die einzigen Moleküle, die Informationen speichern, sie weitergeben und dabei evolvieren können. Doch jetzt machen ihnen die ersten künstlichen Polymere mit den gleichen Eigenschaften Konkurrenz. von 

Moleküle, die Information tragen, sich vervielfältigen und mit Hilfe einer komplexen Maschinerie an wechselnde Anforderungen anpassen können, hat bisher nur die Natur geschaffen, in Form von RNA und DNA. Doch Wissenschaftler arbeiten mit Hochdruck an synthetischen Verbindungen mit den gleichen Eigenschaften, von denen sie sich neben Erkenntnissen über die Funktion des genetischen Codes und den Ursprung des Lebens selbst auch neue Strategien für Medizin und Materialwissenschaft erhoffen.

Dabei ist einem Internationalen Forscherteam jetzt ein wichtiger Schritt vorwärts gelungen – ein Team um Philipp Holliger vom Medical Research Council in Großbritannien hat nicht nur mehrere Varianten eines künstlichen Erbmoleküls geschaffen, sondern auch gleich zwei Enzyme, die sie lesen und vervielfältigen können.

Anzeige

Bei den ersten Schritten auf dem Weg zu künstlichen informationstragenden Kettenmolekülen orientieren sich Forscher allerdings zunächst eng am Original – die "Buchstaben" des neuen Codes sind die gleichen Nukleobasen, die auch im natürlichen Original vorkommen, lediglich das tragende Gerüst variiert. In den von ihnen synthetisierten sechs Nukleinsäurevarianten ersetzte Holligers Team den Zucker Ribose, der die Nukleobase trägt, durch jeweils einen anderen, ähnlich geformten Molekülbaustein. Das Spektrum ihrer Ersatzstoffe reicht vom eng verwandten Zucker Arabinose bis zum organischen Sechsring Cyclohexen.

Viele interessante Forschungsansätze

Inspiriert sind solche Forschungen auch durch die Frage, in welcher Art von Molekül wohl die allerersten Lebensformen ihre Erbinformationen speicherten. Einige Forscher vermuten, dass die ersten Gene auf einer einfacheren Variante der Nukleinsäuren gespeichert waren und die DNA erst später aus dieser hervorging. Im Gespräch sind vor allem Verbindungen mit einfacheren Zuckern als der Ribose, zum Beispiel Glycol mit drei Kohlenstoffatomen oder Threose mit derer vier. Letztere Variante haben auch Holliger und Kollegen für ihre Experimente hergestellt.

Erschienen auf spektrum.de

Erschienen auf spektrum.de  |  © Screenshot ZEIT ONLINE

Weil die neu synthetisierten XNA-Polymere den natürlichen Erbmolekülen sehr ähnlich sind, bieten sie sich jedoch auch für konkrete Anwendungen an. Im Fokus steht hier die als Methode noch recht neue RNA-Interferenz, bei der einzelsträngige RNA in die Zelle eingebracht wird und dort an RNA-Moleküle mit komplementärer Sequenz bindet. Die Methode zielt vor allem auf mRNA, die Erbinformation aus den Genen zu den Ribosomen transportiert, um dort in Proteine übersetzt zu werden. Auf diese Weise wollen Mediziner gezielt bestimmte Proteingene ausschalten, die bei Krankheiten eine Rolle spielen – die doppelsträngige RNA wird nicht mehr vom Ribosom erkannt und von der Zelle abgebaut. Die XNA-Moleküle haben hier gegenüber DNA und RNA den Vorteil, dass sie von Nukleasen und anderen Nukleinsäure-abbauenden Enzymen nicht erkannt werden und deswegen potentiell wesentlich länger wirken.

Die Fähigkeit, mit DNA und RNA Doppelhelices zu bilden, ist auch aus einem zweiten Grund interessant. Der reine Informationsspeicher ist nämlich nur der allererste Schritt zur synthetischen Biologie – auch die Maschinerie, mit der die Information ausgelesen und vervielfältigt wird, muss vorhanden sein. Genau das macht die Arbeit von Holliger und Kollegen zu einem großen Fortschritt gegenüber anderen, zuvor schon hergestellten künstlichen Erbmolekülen. Zusammen mit den sechs XNA stellen sie nämlich zwei Enzyme vor, mit denen man die jeweiligen Polymere aus einer DNA erzeugen und in eine DNA übersetzen kann – die Voraussetzung, um mit einem solchen Molekül Biotechnologie zu betreiben.

Leserkommentare
  1. passieren kann. Da haben ja unsere grünen Fortschrittsfreunde die Gentechnik erfolgreich vertrieben.

    2 Leserempfehlungen
  2. Ein überaus interessanter Fortschritt. Nicht nur für medizinische Anwendungen, sondern auch für die synthetische Biotechnologie.
    Da darf man gespannt sein, was noch so kommt.

  3. Man darf gespannt sein wann der erste einfach künstliche Organismus erzeugt wird^^

    Und dann reden die Menschen über Stammzellforschung und dem Gesetz von 2002 was niemand der wirklich was davon versteht nachvollziehen kann.

  4. Ein spannender Bericht, aber für den Laien mit Schulchemie nicht ganz einfach zu lesen! Man ahnt neue Welten, die der Mensch sich erschließt, so dass wir heute noch gewissermaßen in der Steinzeit leben. Die wachsenden Kapazitäten und Fähigkeiten der Computer werden den Prozess noch beschleunigen. Die Übervölkerung des Planeten erfordert neue Möglichkeiten, wobei noch nicht absehbar ist, wo außer in der Medizin künstliches Leben zum Einsatz kommen könnte. Und natürlich gehört auch die Negativ-Nutzung zur menschlichen Natur, Risiken und Nebenwirkungen sind unvermeidlich, weder Arzt noch Apotheker können wir fragen.

Bitte melden Sie sich an, um zu kommentieren

  • Artikel Auf einer Seite lesen
  • Schlagworte DNA | Enzym | Großbritannien
Service