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 Forscher entdecken 30 neue Gene für Depression
27.04.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Helmholtz-Forscher bekommen Herpesvirus zu fassen
27.04.2018 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

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: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics