Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler entdecken Enzyme, die beschädigtes genetisches Material duplizieren können

12.11.2000


... mehr zu:
»Bakterien »DNS »Enzym »Zelle
Mögliche Anwendungen dieser am Weizmann Institut gemachten Entdeckung sind: Bekämpfung der wachsenden Ausbreitung Antibiotika-resistenter Bakterien und Rekonstruktion antiker DNS oder beschädigter
DNS an Verbrechenstatorten.

Genetisches Material (DNS) wird täglich durch Umweltfaktoren wie Sonneneinstrahlung oder die Einwirkung bestimmter Schadstoffe sowie natürliche Vorgänge innerhalb der Zelle beschädigt. Diese Schäden können zu einem Chaos führen, wenn die genetischen ’Buchstaben’, die gewisse Eigenschaften eines Organismus kodieren, durcheinander geraten oder gelöscht werden. Bleibt eine Korrektur aus, wird die mutierte DNS weiter repliziert, was zu einer fehlerhaften Proteinproduktion und Krankheit führen kann. Zum Glück verfügen alle Organismen über verschiedene DNS-Reparatursysteme in den Zellen. In den meisten Fällen jedoch arbeiten sie nach dem Schema ’Alles oder Nichts’: Kann die beschädigte Stelle nicht korrigiert werden, stellen sie die Arbeit ein und bringen die genetische Replikation zum Stillstand. Das Endergebnis, das sogar schlimmer als der ursprüngliche Schaden ist, ist der Zelltod.

Der Schlüssel zum Leben liegt daher in der ’Kompromissbereitschaft’ der Zelle, die eine gewisse ’Schludrigkeit’ der DNS-Reparatursysteme zulässt und eine kleine Anzahl von Mutationen in Kauf nimmt. Dies stellt zwar ein gewisses Risiko dar, sichert aber andererseits die weitere Existenz der Zelle. Wichtig ist dabei auch, dass dieser Vorgang die genetische Diversitaet erhöht und natürliche Auslese, die treibende Kraft der Evolution, ermöglicht.

Prof. Zvi Livneh von der Abteilung Biologische Chemie des Weizmann Instituts hat eine Gruppe von Enzymen entdeckt, die nach einem solchen Mechanismus arbeiten. Seine jüngsten Ergebnisse werden in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS USA) vorgestellt.

Genetisches Material wird ständig dupliziert - integraler Bestandteil der Zellteilung und -reproduktion aller Lebewesen. Bei der Teilung öffnet die Zelle die DNS-Doppelhelix (die aus einem zusammengewundenen Doppelstrang passender Basenpaare besteht), und benutzt dann jeden Einzelstrang als Vorlage für die direkte Bildung eines neuen Gegenübers. Die Aufsicht über diesen Vorgang hat ein einzigartiges Enzym, DNS-Polymerfase, das auf dem Originalstrang entlangfährt - ähnlich wie ein Zug auf einer einzigen Schiene - und die genetische Sequenz liest, um den passenden Gegenstrang zu bilden. Das Resultat, das herkoemmlicherweise mit beachtlicher Präzision erreicht wird, sind zwei identische DNS-Moleküle, die jeweils aus einem Original- und einem neu synthetisierten Strang bestehen. Stößt das Enzym auf beschädigte DNS, steht es still und lässt die besondere ’Truppe zur Schadensbekämpfung’ ans Werk. Prof. Livneh hat kürzlich einen dieser DNS-Reparaturmechanismen entdeckt, der sich auf eine bisher unbekannte Gruppe von Polymerase-Enzymen stuetzt. Auch diese Enzyme duplizieren genetisches Material, doch sie halten normalerweise nicht an, wenn sie auf beschädigte DNS stoßen. Stattdessen duplizieren sie das Material, wobei oft neue Mutationen entstehen.

Laut Livneh ist diese Familie von Enzymen, die sowohl beim Menschen als auch bei Bakterien vorkommt, eine der wichtigsten Faktoren zur Vermeidung unnötiger Zellzerstörung und eine treibende Kraft im Prozess der Evolution. Der Nachteil ist jedoch, dass sie den Bakterien die rasche Entwicklung neuer genetischer Eigenschaften ermöglichen, womit diese Enzyme auch für den Anstieg bakterieller Antibiotika-Resistenz verantwortlich sind. Die jüngste Entdeckung eines bestimmten Mitglieds dieser Enzymfamilie, der so genannten DNS-Polymerase R1, am Weizmann Institut, könnte neue Interventionsmöglichkeiten gegen diese wachsende Bedrohung eröffnen. Durch die Unterdrückung der Aktivität von R1 und anderen ähnlichen DNS-Polymerasen könnte es möglich sein, die Verbreitung Antibiotika-resistenter Bakterien einzudämmen. Eine andere mögliche Anwendung ist die Rekonstruktion beschädigter DNS, die an Verbrechenstatorten zurückgelassen wurde, oder historischer DNS, die sich in den Überresten prähistorischer Pflanzen und Tiere findet. Diese zwei Formen der DNS sind oft beschädigt (zum Beispiel durch Putzmittel, die die Indizien am Tatort beseitigen sollten, oder schlicht durch den Zahn der Zeit im Fall historischer DNS).

’Frühere Rekonstruktionsversuche mit bekannten DNS-Polymerasen wurden oft behindert, da selbst begrenzte DNS-Schäden die Enzyme zur Unterbrechung ihrer Arbeit zwingt, was den gesamten Reproduktionsprozess zunichte macht’, erklärt Livneh. ’Das ´schludrige` Duplikationsenzym R1 könnte sich mit seiner Toleranz für beschädigtes genetisches Material in dieser Hinsicht als äußerst hilfreich erweisen.

Prof. Zvi Livneh ist Inhaber des Maxwell Ellis-Lehrstuhls für Biomedizinische Forschung. Seine Forschung wird unterstützt vom Dolfi-und-Lola-Ebner-Zentrum für Biomedizinische Forschung und der Minerva-Stiftung.

Debbie Weiss | idw

Weitere Berichte zu: Bakterien DNS Enzym Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz
27.07.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse
27.07.2017 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie