Mittlerweile ist die Anzahl von Forschungsarbeiten, die die Funktion eines bestimmten Gens in einem bestimmten Modellorganismus und unter bestimmten Bedingungen beschreiben, unüberschaubar geworden. Dass allerdings Arbeiten veröffentlicht werden, die einen komplett neuen zellulären Mechanismus beschreiben, der vielleicht in allen tierischen und pflanzlichen Zellen abläuft, uns aber bislang verborgen blieb, das ist wirklich selten. Deswegen sind die beiden Artikel, die letzte Woche in der Fachzeitschrift Nature erschienen sind, auch etwas besonderes. Und um zu verstehen, was sie so besonders macht, müssen wir uns ein Paradox der Genetik vor Augen führen, dass sich über die letzten Jahre immer stärker präsentiert hat.

Gentechnische Methoden wie beispielsweise CRISPR erlauben heutzutage das gezielte Mutieren eines Gens, sodass die Funktion des codierten Proteins vollständig verloren geht; man spricht dann von einem knock-out. Andere Verfahren, wie zum Beispiel die Anwendung von RNA Interferenz, erlauben das Herunterregulieren der Genfunktion indem sie die mRNA, also die Abschrift des entsprechenden Gens blockieren oder ihren Abbau einleiten. Dadurch wird die Translation dieser mRNA Moleküle gestört, sodass sehr viel weniger des entsprechenden Proteins gebildet wird. Dabei bleiben in der Regel aber ein paar funktionsfähige Moleküle übrig, weswegen man von knock-down Verfahren redet. Absurderweise wurde aber mehrmals beobachtet, dass diese knock-down Ansätze zu einem stärkeren Effekt führen, als die davor genannten knock-out Ansätze, die doch zu einem vollständigen Verlust des untersuchten Proteins führen. Wie ist das möglich? Das gesamte Forschungsfeld stand vor einem Rätsel…

Virus: CowpeaMosaicVirus3D by Thomas Splettstoesser for wikimedia.org, CC-BY-SA-3.0

Das Jahr 2018 neigt sich dem Ende zu und wieder war es ein extrem ereignisreiches Jahr für die Molekularbiologie und Biomedizin. CRISPR hat die Schlagzeilen rund um den Erdball erobert. Aber nicht jede Forschungsarbeit, die in diesem Jahr Aufsehen und größtes Erstaunen hervorgerufen hat, hatte unmittelbar mit CRISPR zu tun. Schon im Januar 2018 kamen in der gleichen Ausgabe der Fachzeitschrift Cell zwei Artikel raus, die dafür sorgten, dass etlichen Mitgliedern unserer Arbeitsgruppe, darunter mir, die Kinnlade runtergeklappt ist. Und da ich es damals – aufgrund akuten Zeitmangels – nicht geschafft habe, zu erklären warum diese beiden Artikel einen derartigen Effekt hatten, gibt es heute einen längst schon überfälligen Artikel zum ARC Gen und zu der Frage ob vielleicht ein evolutionär uralter Virus(!) dafür verantwortlich sein könnte, dass wir uns an so viele Dinge erinnern können.

Nachdem das mediale Auge zunächst noch recht schläfrig wirkte, sind nun endlich die Zeitungen voll davon: auf Initiative der Länder Baden-Württemberg und Bayern hin, lag dem deutschen Bundesrat kürzlich ein Entwurf zu einer weitreichenden Gesetzesänderung vor (Drucksache 117/17). Es geht dabei um die "Erweiterung des Umfangs der Untersuchungen von DNA-fähigem Material". Bisher ist es deutschen Ermittlern gestattet eine DNA-Probe, die am einem Tatort gesichert wurde mit einer Datenbank abzugleichen um eine etwaige unmittelbare Übereinstimmung festzustellen. Notfalls - und nur nach richterlicher Zustimmung - kann die Polizei auch eine größere Personengruppe bitten, ihre DNA zur Verfügung zu stellen um sie auf Identität zur sichergestellten DNA zu überprüfen. Wenn dieses Vorgehen nicht zu einem Treffer führt, dann hört bei einem deutschen Kriminalfall in aller Regel an dieser Stelle die Verwertung der DNA-Spur auf. Ist es aber nicht auch möglich aus der DNA eines unbekannten Menschen auf dessen Herkunft, Statur, Haut-, Haar- oder Augenfarbe zu schließen? Und wenn ja, warum dürfen die deutschen Beamten das bislang nicht tun? Und ist es dann nicht längst überfällig, an dieser Situation etwas zu ändern?

Als im Jahr 1979 gleich sechs Forschergruppen unabhängig voneinander ein 53 kDa schweres Protein beschrieben, ahnte wohl noch keiner der Beteiligten, zu was für einem genetischen Superstar sich dieses Protein entwickeln wird. Auch wenn es zunächst ganz anders erschien, ist das Protein, welches nach seinem Molekulargewicht auf den unscheinbaren Namen p53 getauft wurde, der vielleicht wichtigste Ordnungshüter in unseren Zellen; allerdings nur, solange es einwandfrei funktioniert. Wenn p53 hingegen seine Funktionsfähigkeit verliert, wird’s gefährlich. Denn kein anderes Gen ist in so vielen Tumorzellen mutiert wie p53. Wie schafft es das normale p53 also, all unsere Körperzellen in Schach zu halten und was hat das alles mit CRISPR zu tun?

Als ich für die Recherchen zum Artikel dieser Woche angefangen hatte war ich selber völlig verblüfft. EPAS1 ist ein wirklich faszinierendes Protein. Ich versuche euch also mal der Reihe nach zu erzählen, was es Wissenwertes zu EPAS1 gibt. Nur soviel schon vorweg: es hat mit Tibetern, Sportlern, Sauerstoff und einer längst ausgestorbenen Menschenart zu tun. Das einzig uninteressante an EPAS1 ist der vollständige Name: endothelial PAS domain-containing protein 1. Atemberaubend hingegen war an EPAS1 die Beobachtung, dass Tibeter fast ausschließlich eine bestimmte Variante des Gens tragen, während diese Variante beispielsweise bei Han-Chinesen kaum auftaucht (publiziert 2010 in Science). Tatsächlich ist die Ungleichversteilung dieser beiden Varianten zwischen den beiden Bevölkerungsgruppen, die sich erst vor ein paar tausend Jahren aufgespalten haben, so hoch wie sie noch nie bei irgendeinem menschlichen Gen beobachtet wurde. Welcher Umweltfaktor kann es also sein, der dieses Gen so unglaublich schnell evolvieren hat lassen? Es gibt sehr gute Hinweise darauf, dass es die so außergewöhnliche Seehöhe Tibets ist. Schon Lhasa liegt auf fast 4000m, einer Höhe in der man bei normaler Atmung bereits ein Drittel weniger Sauerstoff aufnimmt als man es am Meer tun würde. Die meisten Tibetreisenden (egal ob Europäer, Amerikaner oder Han-Chinesen) reagieren darauf mit einer ausgewachsenen Höhenkrankheit.

Note that not all articles have English translations yet. I'm sorry and working on it.

Wow! surprised Ich freue mich riesig über den Sonderpreis der Redaktion von "Wissenschaft kommuniziert" Vielen Dank!!!