Ein Code jenseits der DNA

Unser genetischer Code umfasst vier „Buchstaben“, die in Form von vier Nucleobasen in unserer DNA und RNA vorliegen. Immer drei Buchstaben bilden „Wörter“, die von tRNA in Aminosäuren übersetzt und zu Proteinen zusammengefügt werden. Spezielle Markierungen unterteilen die Gene zudem in aktive und inaktive Bereiche. Weniger erforscht ist eine mögliche dritte Informationsebene: Die chemische Modifikation von tRNA-Nucleobasen. Thomas Carell und ein Team von der Universität München zeigen jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie, dass tRNA-Modifikationsprofile zur Charakterisierung von Arten und zur Unterscheidung pathogener und nichtpathogener Bakterienstämme herangezogen werden können.

In der RNA kommen über 100 verschiedene Modifikationen vor, deren exakte Informationsfunktion noch unbekannt ist. Einige sollen die Aufrechterhaltung des Leserahmens (reading frames) verbessern, andere die RNA-Stabilität beeinflussen oder am „Korrekturlesen“ beteiligt sein. Kürzlich wurde entdeckt, dass das gesamte Kollektiv von modifizierten tRNA-Nucleosiden ein regulativer Bestandteil der Stressantwort ist.

Um mehr über die Funktion modifizierter Nucleobasen zu lernen, untersuchten die Forscher, welche Modifikationen in welcher Menge in verschiedenen Arten vorkommen. Untersucht wurden mehrere gram-positive und gram-negative Bakterienarten, verschiedene Pilze sowie unterschiedliche Zellbestandteile von Schweinen.

Wie sich zeigte, ist der kollektive Satz von modifizierten Basen in hohem Maße artenspezifisch. Verwandte Arten zeigen dabei ähnliche Profile, während sich nichtverwandte deutlich unterscheiden. Carell: „Anhand der Daten konnten wir einen detaillierten Stammbaum der verschiedenen Spezies berechnen, der mit Ergebnissen aus konventionellen Methoden überein stimmt. Die Gesamtheit der Basenmodifikationen einer Art entwickelte sich offensichtlich unter dem Druck der Evolutionsselektion.“

Die Forscher verglichen Paare von pathogenen und nichtpathogenen sowie Antibiotika-resistenter und nichtresistenter Bakterien. „Diese untersuchten Bakterien gehören zu den bedrohlichsten klinischen Pathogenen und sind für viele Todesfälle verantwortlich“, so Carell. „Tatsächlich konnten wir harmlose und gefährliche Spezies anhand des tRNA-Modifikationsprofils voneinander unterscheiden.“ Im Fall der analysierten Listerien und Staphylokokken zeigten die pathogenen und resistenten Spezies einen deutlich erhöhten Gehalt einiger modifizierten Basen. „Dies ist ein Hinweis, dass der Translationsprozess, also die Übersetzung des genetischen Codes in Proteine, hier deutlich anders läuft als bei den weniger gefährlichen Verwandten dieser Bakterienstämme.“

Angewandte Chemie: Presseinfo 36/2011

Autor: Thomas Carell, Ludwig-Maximilians-Universität München (Germany), http://www.carellgroup.de

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201103229

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Dr. Renate Hoer GDCh

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