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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.

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?

Die DNA…

… ist einer von drei Grundpfeilern der Molekularbiologie Unsere genetische Information, die Desoxyribonukleinsäure (DNS, engl. DNA), ist in fast jeder Zelle unseres Körpers im Zellkern gespeichert. Eine Ausnahme bilden die roten Blutkörperchen, die sich stetig im Knochenmark aus Stammzellen entwickeln und in ausgereiftem Zustand keinen Zellkern und keine DNA mehr enthalten. Die DNA enthält kodierende Abschnitte, die Gene – sie sind die Bauanleitung für lebenswichtige Proteine. Damit diese gebildet werden können, muss die DNA zunächst in „Boten“-Ribonukleinsäure, auch messenger Ribonukleinsäure (mRNS, engl. mRNA) genannt, umgeschrieben werden. mRNA wird im Zellkern gebildet, verlässt ihn in Richtung Zytoplasma und dient dort als Vorlage zur Proteinbiosynthese. Der ganze Prozess funktioniert in menschlichen Zellen nur in eine Richtung: DNA wird in RNA umgeschrieben, die wiederum in Proteine übersetzt wird. Enzyme für das Übersetzen von RNA in DNA haben Menschen nicht. Im Deutschen Museum können Sie sich in der Pharmazieabteilung das Innenleben einer Zelle genauer anschauen und verschiedene Typen von Körperzellen kennenlernen.

… 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.

… 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.

Autor/in

Margherita Kemper

Nach ihrem Volontariat am Deutschen Museum hat Margherita Kemper als Kuratorin den Bereich Life Sciences übernommen. Daher ist die promovierte Biologin auch für das DNA-Besucherlabor im Zentrum Neue Technologien verantwortlich. Dort können Besucher selbst an Laborgeräten unter Anleitung Analysen durchführen. (Ein heißer Tipp für alle, die meinen, sie würden im Deutschen Museum eh schon alles kennen!). Ansonsten ist der Blog für sie interessant, weil sie derzeit an verschiedenen Projekten wie der Erstellung von Sonder- oder Dauerausstellungen mitwirkt und es während deren Planungs- und Laufzeiten immer mal wieder Spannendes zu neuen Exponaten oder zu Mitmach-Aktionen zu berichten gibt.