Wie umsonst
Sind Worte an solch einem Ort. Stoßweise
Wehn Salz und der Geruch von Hasch uns an,
Und niemand schwimmt, und ich bekenne leise,
Daß ich seit Monaten nicht schreiben kann.
— Timothy Steele

Was ein lesender Esel mit dem Überleben eines Bakteriums zu tun hat

Von | 3. November 2009 | Kategorie: Die Natur | Unkommentiert | 2.867 Aufruf(e)

Oft sind es die Kleinen und Kleinsten, die im Leben viel zu leiden haben. Bakterien zum Beispiel sind in ihrer Umgebung vielerlei Gefahren ausgesetzt: UV-Licht, Nahrungsknappheit, Säuren und Basen.  All diese Faktoren können für eine Bakterienzelle den sicheren Tod bedeuten.

Genauso wie Menschen und Tiere können sie aber auch an Viren erkranken. Ein bestimmter Virustyp, der hauptsächlich Bakterien befällt, wird Phage genannt. Hat ein Phage eine Zelle befallen, dann injiziert er ihr zunächst die viralen Erbinformationen. Oft kommt es zum Einbau dieses Erbmaterials in die zelleigene Erbsubstanz. Daraufhin wird der Stoffwechsel komplett auf die Produktion von viralen Partikeln umgestellt. Aus diesen können dann neue Viren zusammengesetzt werden. Der Austritt dieser neuen Virengeneration bedeutet meist den Tod der Wirtszelle.

Im Laufe der Evolution haben sich viele Bakterien raffinierte Tricks einfallen lassen, um sich gegen den Phagenbefall zur Wehr zu setzten. Eine beliebte Methode besteht darin, dass sogenannte Restriktionsenzyme produziert werden. Diese Enzyme sind sozusagen die Heinzelmännchen einer jeden Zelle. Sie sorgen dafür, dass bestimmte chemische Reaktionen unter den gegebenen Bedingungen sehr viel schneller ablaufen, als es ohne Enzyme der Fall wäre. Die Restriktionsenzyme zerschneiden die Phagen-DNS. Sie wird dadurch unschädlich gemacht, bevor es zum Einbau mit den oben genannten fatalen Folgen kommen kann.

Was hat dies alles nun mit einem lesenden Esel zu tun? Aus der Schulzeit kennt man noch den Satz „Ein Esel lese nie“. Was fällt auf, wenn man die Worte rückwärts liest? Es ergibt sich exakt die gleiche Aussage, wie vorwärts gelesen! Gebilde, die über eine solche Eigenschaft verfügen, nennt man Palindrome.

Palindrome sind keineswegs auf Buchstaben, Worte und Sätz beschränkt. Es handelt sich vielmehr um Strukturen, deren mathematische Seite höchst interessant ist. Einige Komponisten haben sogar erfolgreiche Versuche unternommen palindromische Stücke zu komponieren. Palindrome sind aber keinesfalls eine geistige Spielerei. Sie kommen auch in der Natur vor und spielen eine wichtige Rolle – z.B. bei den Restriktionsenzymen.

Alle Restriktionsenzyme zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf der doppelsträngigen DNS (aufgebaut aus den vier Basen A(denin), G(uanin), C(ytosin) und T(hymin)) nach solchen palindromischen Strukturen suchen und sie dann an einer bestimmten Stelle zerschneiden. Das Erkennen der Sequenz durch das Enzym wird durch die palindromischen Eigenschaften erleichtert. Meist besteht die Sequenz aus sechs Basenpaaren, die dann geschnitten werden. Beim Schneiden unterscheiden sich die einzelnen Restriktionsenzyme: Einige machen einen geraden Schnitt und erzeugen damit stumpfe (engl. „blunt“) Enden. Andere schneiden versetzt, sodass bei den beiden Fragmenten jeweils ein Stück DNS-Einzelstrang überhängt. Man bezeichnet das als klebriges (engl. „sticky“) Ende, weil es die Tendenz hat sich mit komplementären Strukturen (also mit Strukturen, die das gleiche Schnittmuster haben) wieder zusammen zu lagern.

Dieser letzte Punkt ist auch der Grund, warum Restriktionsenzyme aus der heutigen Gentechnologie nicht mehr wegzudenken sind: Sie ermöglichen ein präzises Schneiden an genau bekannten Stellen im Genom. Mit diesen „molekularen Scheren“ kann beispielsweise ein einzelnes Gen, dass die Informationen für den Bau des Hormons Insulin enthält, ohne Probleme ausgeschnitten werden, wenn man die Sequenzen davor und dahinter kennt. Das ausgeschnittene Gen wird anschließend zusammen mit einem Vektor in ein Reagenzglas gegeben. Ein Vektor ist eine „Genfähre“. Im Prinzip handelt es sich dabei um ein kleines ringfömiges DNS-Molekül, in das das gewünschte Gen eingebaut wird. Dazu wird der Vektor zuvor mit dem gleichen Enzym wie das Gen geschnitten. Die dabei erzeugten klebrigen Enden von Vektor und Gen sehen deshalb gleich aus. Wegen dieser komplementären Struktur haben die Genenden die Tendenz sich an die Vektorenden anzulagern. Im Anschluss daran werden noch sogenannte Ligasen zugegeben. Das sind Enzyme, die die zusammengelagerten Schnittstellen wieder miteinander „verkleben“ und damit das Gen fest in den Vektor einbauen. Der Vektor wird dann in geeignete Zellen (oft verwendet man das Bakterium E.coli) eingeschleust, die daraufhin das entsprechende Genprodukt bilden. Dies ermöglicht etwa die Produktion großer Mengen Insulin, das wegen der zum Einsatz kommenden Methoden auch rekombinantes Insulin genannt wird.

Restriktionsenzyme sind ein sehr schönes Beispiel dafür, dass mathematische Muster wie Palindrome nicht nur abstrakte Gedanken sind. Sie spielen faszinierenderweise eine wichtige Rolle in Bereichen, in denen man dies zunächst nicht vermuten würde. Es bleibt abzuwarten, welche weiteren Effekte palindromischer DNS-Sequenzen noch entdeckt werden.

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ist Biochemie-Student an der Universität Tübingen und widmet sich entsprechenden Inhalten auf und für Kulturstruktur.
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