Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kein Gen ist eine Insel

25.07.2017

Gene sind keine Einzelgänger. Wie Perlen auf einer Kette sind sie nebeneinander auf langen DNA-Molekülen, den Chromosomen, aufgereiht. Bis jetzt war wenig darüber bekannt, wie die Position eines Genes auf einem Chromosom seine Evolution beeinflusst. Eine neue Studie von Călin Guet, Professor am Institut of Science and Technology Austria (IST Austria) und Magdalena Steinrück, PhD Studentin in Guets Gruppe, zeigte, dass die Nachbarschaft eines Gens mitentscheidend ist, ob und wie sich die Aktivität des Gens in der Evolution verändert. Die Studie erschien heute im Open Access Journal eLife.

Von Bakterien bis hin zum Menschen hängt die Art und Weise, wie Lebewesen aussehen und funktionieren, auch davon ab, wie viel Produkte jedes Gens hergestellt werden, also wie aktiv die Gene sind. Die Aktivität eines Gens kann sich durch spontane Mutationen ändern, also durch vererbbare Veränderungen in der DNA.


Resistente Bakterienkolonien mit einem fluoreszierenden Reporterprotein erscheinen im Laufe von drei Tagen (von links nach rechts) auf Nährböden mit Tetracyclin.

Magdalena Steinrück

Diese können dazu führen, dass ein Lebewesen besser an seine Umgebung angepasst ist – oder schlechter. Zum Beispiel kann ein Bakterium, welches mehr von einem Protein erzeugt, das ein Antibiotikum ausschleust, überleben, während seine Mitstreiter von dem Antibiotikum getötet werden. In ihrer Studie wandten Steinrück und Guet experimentelle Evolution an, um zu untersuchen, wie die Position eines Gens auf dem Chromosom Mutationen beeinflusst, die die Aktivität des Gens erhöhen.

Die Forscher veränderten die DNA des Darmbakteriums Escherichia coli und fügten ein Gen für Antibiotika-Resistenz an verschiedenen Positionen des Bakterienchromosoms ein. Dieses Resistenzgen erlaubt es dem Bakterium, das Antibiotikum Tetracyclin aus der Zelle zu pumpen. Am Beginn des Experiments war das Gen fast vollständig ausgeschalten. Die Forscher fügten dann den Bakterien mehr und mehr Tetracyclin zu.

Dadurch übten sie einen Selektionsdruck auf die Bakterien aus, das Gen durch Mutation zu aktivieren – denn eine höhere Produktion des Resistenzgens erlaubt es den Bakterien, mehr Antibiotikum herauszupumpen, so dass sie sich vermehren und überleben.

Die Autoren fanden, dass die Bakterien wesentlich öfter überlebten, wenn sich das Resistenzgen an bestimmten Stellen des Chromosoms befand im Vergleich mit anderen Stellen. Das geschieht, weil die Nachbarschaft des Gens beeinflusst, welche Arten von aktivierenden Mutationen zur Verfügung stehen – manche Mutationen können nur vorkommen, wenn die benachbarten Gene dies zulassen.

“Wir zeigen, dass Gene Mutationen und das Anpassungspotential benachbarter Gene beeinflussen können. Die Organisation von Genen auf dem Chromosom ist daher sowohl Ursache als auch Wirkung von evolutionärer Veränderung“, erklärt Călin Guet. Dieses Ergebnis hat entscheidende Bedeutung, zum Beispiel für das globale Gesundheitsproblem Antibiotikaresistenz.

Magdalena Steinrück: „Es ist vergleichbar mit der Entwicklung von Menschen: Menschen in unserer Nachbarschaft können einen großen Einfluss darauf haben, wie unsere Zukunft aussieht. Unsere Studie zeigt, dass Antibiotikaresistenz, die durch genaktivierende Mutationen entsteht, stark von der Nachbarschaft des Gens abhängt.“ Der Einfluss von chromosomaler Nachbarschaft wurde bisher nicht ausdrücklich untersucht. In Zukunft könnten solche Ergebnisse helfen, besser vorherzusagen, ob neue Antibiotikaresistenzen zu erwarten ist.

IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, der Mathematik und den Computerwissenschaften. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne, Schweiz.

www.ist.ac.at

Wissenschaftlicher Kontakt:
Magdalena Steinrück
Erstautorin der Studie
magdalena.steinrueck@ist.ac.at

Originalartikel:
Magdalena Steinrueck and Călin Guet:
“Complex chromosomal neighborhood effects determine the adaptive potential of a gene under selection”, elife 25. Juli, 2017
https://doi.org/10.7554/eLife.25100

Dr. Elisabeth Guggenberger | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Antibiotikaresistenz Antibiotikum Bakterien Chromosom Gen Mutationen Tetracyclin dna

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik