Expression beider DNA-Stränge beobachtet

Die Forschergruppe um Prof. Hess von der Universität Freiburg berichtet im renommierten Wissenschaftsmagazin Molecular Systems Biology von einer Nutzung beider Stränge der DNA-Doppelhelix beim Ablesen der Erbinformation. Die dabei enstehende Antisense-RNA kann zur Entwicklung neuer Therapiekonzepte beitragen.

Die Doppelhelix der DNA, das genetische Material einer jeden lebenden Zelle, enthält die Gene in einer linearen Anordnung, deren Information während der Wachstums- und Entwicklungsprozesse hintereinander in eine Boten-RNA (mRNA) abgelesen wird. So steht es in den Lehrbüchern.

Die Forschergruppe um Prof. Dr. Wolfgang R. Hess von der Universität Freiburg berichtet im renommierten Wissenschaftsmagazin Molecular Systems Biology (aktuelle online-Veröffentlichung vom 15.09.09: „Evidence for a major role of antisense RNAs in cyanobacterial gene regulation") von einer Nutzung beider Stränge der DNA-Doppelhelix. Sie beobachtete in dem Cyanobakterium Synechocystis, dass häufig nicht nur von einem Strang die Information für die Bildung eines Eiweißes abgelesen wird, sondern auch der parallel verlaufende Gegenstrang aktiv ist. Dadurch entsteht ein zweites RNA-Molekül mit umgekehrter Orientierung, eine so genannte antisense-RNA.

Ähnliche Beobachtungen sind in jüngster Zeit an höheren Organismen, darunter dem Menschen, gemacht worden. Für Bakterien gab es bisher jedoch nur vereinzelte Hinweise auf ein solches Geschehen, vor allem im Zusammenhang mit so genannten extrachromosomalen Elementen, das sind zum Beispiel Antibiotika-Resistenzen-tragende Plasmide oder auch Bakteriophagen - Viren, die Bakterien angreifen. Die Beobachtungen der Forschergruppe um Prof. Dr. Wolfgang R. Hess zeigen nun, dass solche antisense-RNAs auch bei Bakterien sehr häufig sein können und vermutlich aktiv in die Regulation der Erbinformation verstrickt sind. Damit zeigt sich, dass auch diese eigentlich recht einfach gebauten Organismen komplexer sind als bisher gedacht. Cyanobakterien sind in jüngster Zeit verstärkt in den Fokus der Wissenschaft geraten wegen ihres Potenzials zur Herstellung wünschenswerter Biomoleküle durch direkte Nutzung der Sonnenenergie (Photosynthese). Die mögliche Rolle einer großen Zahl solcher antisense-RNAs in Bakterien muss bei der Nutzung dieser Organismen berücksichtigt werden und kann auch in der Medizin zu neuen Konzepten in der Abwehr human-pathogener Bakterien führen.

Glossar

  • Ein Antibiotikum ist ein Stoffwechselprodukt von Mikroorganismen (Bakterien, Pilze), das in geringen Konzentrationen andere Mikroorganismen in ihrem Wachstum hemmt.
  • Antibiotika-Resistenz ist die Fähigkeit von Mikroorganismen, durch Synthese von bestimmten Stoffen die Wirkung von Antibiotika aufzuheben (z. B. das Enzym Penicillinase spaltet Penicillin und macht es damit unwirksam).
  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Ein Bakteriophage ist ein Phage Virus, das ausschließlich Bakterien infiziert. Phagen werden in der Gentechnik häufig als Vektoren benutzt.
  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Zwei schraubenförmig umeinander gewundene DNA-Stränge bilden eine Doppelhelix.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Ein Plasmid ist ein extrachromosomales, ringförmiges DNA-Molekül, das bei Bakterien und Hefen vorkommt und sich unabhängig vom Hauptchromosom vermehren kann. Häufig tragen Plasmide Gene für Resistenzfaktoren (z. B. gegen Antibiotika), die den Trägern einen Selektionsvorteil vermitteln. Wenn die Gegenwart eines Plasmids für ein Bakterium keinen Überlebensvorteil bietet, dann verliert es dieses mit der Zeit. Plasmide mit Transfergenen können von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden.
  • Die Ribonukleinsäure (Abk. RNS oder RNA) ist eine in der Regel einzelsträngige Nukleinsäure, die der DNA sehr ähnlich ist. Sie besteht ebenfalls aus einem Zuckerphosphat-Rückgrat sowie einer Abfolge von vier Basen. Allerdings handelt es sich beim Zuckermolekül um Ribose und anstelle von Thymin enthält die RNA die Base Uracil. Die RNA hat vielfältige Formen und Funktionen; sie dient z. B. als Informationsvorlage bei der Proteinbiosynthese und bildet das Genom von RNA-Viren.
  • Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, sind gram-negative Bakterien (Prokaryonten), die Photosynthese und vielfach auch Stickstofffixierung betreiben können.
  • Unter Photosynthese wird die Erzeugung hochmolekularer energiereicher Verbindungen (Glukose) aus einfachen Molekülen (Kohlendioxid, Wasser) verstanden, wobei beträchtliche Mengen Sauerstoff entstehen. Chlorophyllhaltige Organismen (höhere Pflanzen, Algen, phototrophe Bakterien) nutzen dafür die Sonnenlichtenergie.
  • Messenger-RNA (Abk.: mRNA) ist eine Ribonukleinsäure, die eine Kopie eines kurzen DNA-Stücks darstellt und als Vorlage für die Synthese eines spezifischen Proteins dient.
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