Hinter den Kulissen , Erwachsene , Jugendliche / junge Erwachsene , Sonderausstellung , Mobilität
Das Zentrum Neue Technologien und die Ausstellung Nano- und Biotechnologie sind wegen Umbaumaßnahmen seit September 2020 leider geschlossen. Als digitalen Ersatz bloggen unsere Kuratorinnen für Life Science und Nano- und Biotechnologie in loser Folge über aktuelle Themen aus ihren Fachbereichen. Los geht’s mit einem Beitrag, der in Zusammenarbeit mit der Amgen GmbH entstanden ist. Das Biotechnologieunternehmen mit Sitz in München unterstützt als Gründungspartner das Zentrum Neue Technologien und die Ausstellung Nano- und Biotechnologie.
Sorgfältig aufgetrennt: Aus dem Muster der DNA-Fragmente kann im Labor das Erbgut Stück für Stück entschlüsselt werden. Bild: Deutsches Museum
Unser Erbgut, die DNA, ist der Bauplan des Lebens. Sie steckt in (fast) jeder unserer Zellen, egal ob Herz-, Muskel- oder Gehirnzelle. Unser Erbgut entscheidet zum Beispiel darüber, wie wir aussehen oder welche Blutgruppe wir haben. Das ist aber noch nicht alles – wir erläutern im Folgenden fünf spannende Fakten zur Funktion und Struktur der DNA. Wussten Sie, dass Ihr genetischer Code doch nicht all das bestimmt, was Sie ausmacht?
Chromosomen in ihrer kompakten Form, aufgenommen mit dem Rasterkraftmikroskop im Gläsernen Forscherlabor. Bild: Deutsches Museum
… ist meist nicht in Chromosomen organisiert Betrachtet man Bilder der DNA, sieht man häufig unsere X-förmigen Chromosomen. In dieser kompakten Form existiert die DNA tatsächlich aber nur kurzzeitig, nämlich während der Zellteilung. So wird ermöglicht, dass die genetische Information geordnet an die neu gebildete Zelle weitergegeben werden kann. In allen anderen Phasen des Zellzyklus sind die meterlangen DNA-Stränge lockerer gepackt. Schließlich muss unsere genetische Information für Proteine zugänglich sein, um in RNA umgeschrieben zu werden.
… enthält weniger Gene als gedacht Das menschliche Genom – also die Gesamtheit unseres Erbguts – ist mehr als vier Mal größer als das des Gemüsekohls. Trotzdem hat der Gemüsekohl 100.000 verschiedene Gene und der Mensch nur 23.000. Das liegt daran, dass 95 Prozent unserer DNA keine Protein-kodierende Funktion hat. Unsere Gene machen folglich nur fünf Prozent unseres Genoms aus. Nichtkodierende DNA (engl. noncoding DNA) ist aber kein funktionsloser DNA-Müll, wie man zunächst angenommen hatte. Die Sequenzen haben regulatorische Funktionen und können Gene ein- oder ausschalten oder die Häufigkeit, mit der sie in Proteine umgesetzt werden bzw. in RNA umgeschrieben werden, regulieren. An sogenannten Modellorganismen wird im Labor erforscht, welche Funktion ein spezifisches Gen hat. Erstaunlich ist, dass der Mensch nur etwa doppelt so viele Gene hat wie die Fruchtfliege und genauso viele wie die Ackerschmalwand.
Um Proteingemische zu untersuchen, verwendet man ein Massenspektrometer wie den hier gezeigten Prototypen eines MALDI-Spektrometers (matrix-assisted laser desorption / ionisation). Bild: Deutsches Museum
… bestimmt nicht alles allein Die genetische Information ist in jeder Zelle eines Organismus identisch. Wie können trotzdem unterschiedliche Zelltypen entstehen, die eine Reihe an verschiedenen Organen formen? Wie kann es also zum Beispiel sein, dass sich die Raupe in einen Schmetterling verwandelt? Dies wird maßgeblich von der Genaktivität und damit dem Proteom (Gesamtheit aller Proteine) bestimmt, das sich mit dem Entwicklungsstand, dem Alter, aber auch den Umweltbedingungen verändert. Diese biochemischen Anpassungen bestimmen, ob ein Gen zugänglich ist und abgelesen werden kann oder stillgelegt (engl. silenced) ist. Beispielsweise werden manche Gene nach der Embryonalentwicklung ausgeschaltet. Die Genfunktion wird also beeinflusst, obwohl die DNA-Sequenz sich nicht ändert, wie es bei einer Mutation der Fall wäre. Reguliert wird das zum einen durch Steuerungsgene und Transkriptionsfaktoren, aber auch über die sogenannte epigenetische Prägung. Diese ist von Umweltfaktoren beeinflussbar und kann an Nachkommen vererbt werden.
… beeinflusst die Wirkung von Arzneimitteln Nicht jedes Medikament schlägt bei jeder Patientin oder jedem Patienten gleich gut an. Variationen im Erbgut, wie die des hauptsächlich in der Leber vorkommenden Enzyms Cytochrom P450, können die Wirksamkeit und Verträglichkeit von Arzneimitteln beeinflussen. An diesem Punkt setzt die personalisierte Medizin an. Durch eine Analyse des Erbguts der Patientin oder des Patienten kann das für sie oder ihn am besten passende Arzneimittel ausgewählt werden: Die Wirksamkeit kann so verbessert und mögliche Nebenwirkungen verhindert werden. Das spielt beispielsweise bei der Behandlung von Krebs eine wichtige Rolle, denn Krebserkrankungen basieren auf Veränderungen im Erbgut. Welche Abweichung vorliegt, ist bei jeder Patientin und bei jedem Patienten unterschiedlich. Mit Hilfe einer Analyse der Tumor-DNA können bestimmte genetische Veränderungen nachgewiesen werden. Dies geschieht meist über die Entschlüsselung (Sequenzierung) von krebsspezifischen Genen und die Analyse dazu, ob und wie diese verändert sind. Anhand dessen kann dann eine passende Therapie ausgewählt werden.
Ist promovierte Biologin und zuständig für den Bereich Life Sciences. Dies umfasst nicht nur die spannende Sammlung an Laborgeräten sondern auch die Leitung des DNA-Besucherlabors im Zentrum Neue Technologien. Hier können Interessierte selbst an Laborgeräten unter Anleitung experimentieren und PCR, DNA-Isolation und Antigentests kennenlernen.
Ihr Tipp – Im Untergeschoss der neuen Eingangshalle finden Sie seit kurzem eine Highlight-Ausstellung zu aktuellen Themen der Nano- und Biotechnologie. Hier können Sie sich zu spannenden Themen wie PCR, Rasterkraftmikroskope oder über die Genschere CRISPR/Cas informieren.
Christine Kolczewski leitet das Zentrum Neue Technologien (ZNT) und ist Kuratorin für Nano- und Biowissenschaften. Neben der Betreuung und Aktualisierung der Sammlung und Ausstellung zur Nano- und Biotechnologie gehört auch die Entwicklung und Planung von Veranstaltungen zum Thema Neue Technologien zu ihren Aufgaben.
Außerdem leitet sie die Abteilung Ausstellungsprojekte Sonderausstellungen und ist Ansprechpartnerin für alle großen und kleinen Sonderausstellungen auf der Museumsinsel.
