Erste Computersimulation der Struktur von RNA-Molekülen

Erst in den letzten Jahren ist die vielfältige biologische Bedeutung der kleinen RNA-Fragmente erkannt worden: Sie leisten wichtige regulatorische und katalytische Funktionen in der Zelle. Was die Wissenschaft bislang nur im Experiment untersuchen konnten hat jetzt der Dr. Dietmar Paschek, Chemiker der Technischen Universität Dortmund, gemeinsam mit seinem amerikanischen Kollegen Prof. Angel Garcia erstmals im Computer simuliert. Durch diese neuartige Methode ist es jetzt möglich, den nur eine Mikrosekunde dauernden komplexen Prozess der Faltung eines RNA-Moleküls in detaillierten Einzelschritten mit atomarer Auflösung zu betrachten.

Ein handelsüblicher Computer müsste 35 Jahre rechnen, um diesen aufwändige Prozess simulieren zu können. Daher hat Paschek auch die Kooperation mit seinem Kollegen dem Rensselaer Polytechnic Institute in Troy im Staat New York (USA) gesucht, denn dieses besitzt gegenwärtig den weltweit größten universitätsbasierten Computercluster. Die Computersimulation, die nur Dank der Hilfe der in Dortmund entwickelten Parallel-Programme möglich war, konnte zusätzlich auch die Molekülumgebung, also das Lösungsmittel Wasser, vollständig realistisch wiedergeben.

Insgesamt bietet dieses Verfahren somit die Möglichkeit, ein RNA Molekül in allen Dimensionen in seiner natürlichen Umgebung zu betrachten, hierdurch werden wichtige Erkentnisse über die Funktionen und Reaktionsweisen der verschiedenen RNA-Typen in der Zelle möglich. Ein Beispiel zeigt, welches Potential die RNA haben. So ist es mit ihrer Hilfe möglich, gezielt einzelne Gene in Laborversuchen auszuschalten. Für diese Entdeckung, von der sich Wissenschaft neue Therapiemöglichkeiten bei der Bekämpfung von Krankheiten erhofft, erhielten die beiden US-Wissenschaftler Andrew Z. Fire und Craig C. Mello bereits 2006 den Nobelpreis für Medizin.

Ist die Simulation von Paschek und Garcia, die eine Basis für die Erforschung und Weiterentwicklung dieser und weiterer Möglichkeiten der RNA-Nutzung bilden könnte, zur Zeit noch eine singuläre Pionierarbeit, so könnte sie angesichts weiter exponentiell steigender Computerleistungen in wenigen Jahren Routine sein. Die Anerkennung im Kollegenkreis ist beiden dagegen schon jetzt gesichert. In der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society stellen die beiden Wissenschaftler ihre Methode vor. Zusätzlich wurde Dietmar Paschek eingeladen, auf der diesjährigen Frühjahrstagung der American Chemical Society im Rahmen eines Plenarvortrages über die neuartige Simulation zu berichten.

Weitere Informationen:
dietmar.paschek@uni-dortmund.de