Von Henning Engeln

In der Molekulargenetik gibt es immer wieder Entdeckungen, die alte Prinzipien auf den Kopf stellen und weitreichende, auch praktische Auswirkungen haben. So war es bei den sogenannten Restriktionsenzymen, die die Erbsubstanz DNA (Desoxyribonukleinsäure) gezielt an bestimmten Stellen zerschneiden und als „Scheren“ das grundlegende Handwerkszeug der Gentechnologie liefern. Und so könnte es auch mit den vor kurzem gefundenen „Ribozymen“ sein. Bei ihnen, handelt es sich um Ribonukleinsäuren (RNA’s), die andere Ribonukleinsäure-Moleküle gezielt zerschneiden können. Bereits gibt es Spekulationen, mit Ribozymen ließen sich eines Tages RNA-Viren – man denke nur an das Aids-Virus – bekämpfen oder die Aktivität von Genen, etwa Krebsgenen, regulieren.

Ribozyme sind Ribonukleinsäuren, die Eigenschaften von Enzymen besitzen. Damit wird ein bislang gültiges molekularbiologisches Prinzip aufgehoben, das da lautet: Eiweiße sind für die Funktion des Lebens notwendig (indem sie als Enzyme gezielt biochemische Reaktionen fördern oder Strukturen der Zelle aufbauen), während Nukleinsäuren für die Information zuständig sind: Sie speichern die Bauanleitungen für die verschiedenen Enzyme.

Die australischen Molekulargenetiker Jim Haseloff und Wayne Gerlach konnten jetzt erstmals den Bereich eines Ribozyms identifizieren, der für das Schneiden entscheidend ist. Die Forscher hatten die Ribozym-RNA eines pflanzlichen Virus analysiert und dabei herausgefunden, daß das Ribozym eine andere Ribonukleinsäure immer an einer Stelle mit drei charakteristischen Nukleinsäurebausteinen spaltet. Solche Stellen gibt es praktisch in jeder Ribonukleinsäure, doch geschnitten wird nur, wenn neben der Schnittstelle eine bestimmte Reihenfolge von Nukleinsäurebausteinen auftaucht, die vom Ribozym „erkannt“ wird.

Nachdem die australischen Wissenschaftler dies festgestellt hatten, gingen sie daran, die Struktur des Ribozyms mit gentechnischen Methoden abzuwandeln. Wie sie in der Zeitschrift Nature (Band 334/88, S. 585) berichten, gelang es ihnen, den „erkennenden“ Teil des Ribozyms so zu verändern, daß es nun eine andere Ribonukleinsäure „erkennt“ und spaltet. Mit dieser Methode, so meinen die Molekulargenetiker, sei es möglich, Ribozyme gegen jedes beliebige Ribonukleinsäure-Molekül herzustellen. Damit eröffnet sich, zumindest theoretisch, ein riesiges Potential für gezielte Eingriffe in die Biochemie lebender Organismen.

Ribonukleinsäuren spielen nämlich bei der Umsetzung der Erbinformation in Eiweißmoleküle eine entscheidende Rolle. Denn der Bauplan für ein bestimmtes Eiweiß ist zunächst auf der DNA gespeichert, wird in einem ersten Schritt in Form von RNA abgeschrieben und dann in einem zweiten Schritt in ein Eiweißmolekül umgesetzt. Da aber viele Erbinformationen mit „sinnlosen“ Abschnitten (das heißt mit Sequenzen ohne Informationsgehalt) durchsetzt sind, müssen diese aus der RNA herausgeschnitten werden. Diese Aufgabe können die Ribozyme erledigen.

Gene werden also grundsätzlich nur aktiv, indem zunächst eine Abschrift der DNA in Form von RNA gemacht wird. Künstliche Ribozyme, die hochspezifisch nur bestimmte RNA’s zerschneiden und damit aus dem Verkehr ziehen, könnten die Aktivität von Genen gezielt vermindern. So beispielsweise die Aktivität einiger Krebsgene. Denn manche Formen von Krebs, so wissen die Mediziner heute, entstehen dadurch, daß bestimmte, für das Zellwachstum zuständige Gene durch eine Mutation überaktiv werden und ein unkontrolliertes Wachstum der Zellen auslösen. Und Viren, die zu ihrer eigenen Vermehrung die biochemische Maschinerie der Körperzellen nutzen, werden über RNA-Moleküle aktiv, so daß auch sie mit künstlichen Ribozymen angreifbar wären. Manche Viren, wie das Aids-Virus, verschlüsseln ihre Erbinformationen sogar in Form von RNA.

Aber auch den Evolutionsforschern passen die neu entdeckten Ribozyme gut ins Konzept. Denn eine der ungelösten Fragen über den Ursprung des Lebens lautet: Wie kam die „Arbeitsteilung“, nämlich die Steuerung der Funktionen einerseits und die Speicherung der Informationen andererseits zwischen Enzymen und Nukleinsäuren zustande? Ribonukleinsäuren, die sowohl Informationsträger waren als auch enzymatische Eigenschaften besaßen, könnten die Lösung sein. Ohnehin nehmen die Wissenschaftler an, daß die ersten Lebensformen kurze Nukleinsäuremoleküle waren, die in der „Ursuppe“ herumschwammen und sich vermehrten. Jene RNA’s, die enzymatische Fähigkeiten hatten und ihre eigene Vermehrung beschleunigten, dürften einen deutlichen Wettbewerbsvorteil gehabt und damit das Rennen ums Überleben gemacht haben. Eiweiße als Enzyme und Träger der Zellfunktionen könnten dann in einem späteren Evolutionsschritt hinzugekommen sein.