Wissenschaftler haben einen künstlichen Träger der genetischen Information geschaffen

Eine Alternative zu den natürlichen Trägern genetischer Informationen DNA und RNA sind im Labor synthetisierte Xenonukleinsäuren, die genetische Informationen übertragen können. Sie können durch „gerichtete Evolution“ in verschiedene biologisch nützliche Formen umgewandelt und als Biosensoren eingesetzt werden.

Eine internationale Forschergruppe aus den USA, England, Belgien und Dänemark veröffentlichte in der Fachzeitschrift Science Neuigkeiten über von ihnen synthetisierte Moleküle, die durchaus als Alternative zu RNA und DNA fungieren könnten.

Die Frage, ob solche Alternativen existieren können, ist seit langem Gegenstand intensiver Forschung und heftiger Debatten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Einer der Autoren der Studie war John Chapat, ein Wissenschaftler am Institute of Biosynthesis (Southern Arizona University).

Vor nicht allzu langer Zeit schlug er vor, dass eine dieser Alternativen Threose-Nukleinsäure wäre (Threose ist einer der einfachen Zucker mit der Formel C4H8O4).

Mittlerweile hat er seine eigenen Experimente als Teil einer europäischen Gruppe weiterentwickelt, die sich mit einem allgemeineren Thema beschäftigt: Xenonukleinsäuren (XNA), also fremde Nukleinsäuren, Moleküle, die in der Natur nicht vorkommen, die aber ebenso wie RNA und DNA in der Lage sind, genetische Informationen zu speichern und weiterzugeben.

Nun hat diese Gruppe erstmals einen Satz von sechs solcher „unnatürlichen“ Nukleinsäurepolymere vorgeführt, die sie entwickelt hat.

Die Schaffung von Xenokreaturen auf ihrer Grundlage, die den Korrespondenten als Erstes in den Sinn kommt, ist immer noch zu fantastisch und unmöglich, und die Forscher haben sich natürlich noch nicht einmal damit befasst.

Die Wissenschaftler waren zufrieden mit dem, was heute mit XNA möglich ist. Es stellte sich heraus, dass sich eines davon mithilfe der „gelenkten Evolution“ in alle möglichen biologisch nützlichen Formen umwandeln lässt.

So wurden im Labor unter anderem sogenannte Nukleinsäure-Aptamere hergestellt, ungewöhnliche chemische Sensoren, die auf das Auftreten einer bestimmten chemischen Verbindung reagieren. In der konventionellen Genetik werden sie beispielsweise eingesetzt, um nach Defekten in der DNA zu suchen oder auf das Auftreten von Verbindungen zu reagieren, auf die sie abgestimmt sind, indem sie die entsprechenden Gene abschalten. Die von der Gruppe entwickelten Xeno-Aptamere können nicht nur an ähnlichen genetischen Aktionen teilnehmen, sondern auch wie Antikörper wirken und geeignete Moleküle mit höchster Effizienz finden und binden.

John Chapat räumt ein, dass XNA zur Entwicklung neuer Diagnoseverfahren und neuer Xeno-Biosensoren eingesetzt werden kann, die sogar noch effizienter arbeiten als natürliche, da sie von natürlichen Enzymwächtern, die auf die Zerstörung fremder DNA und RNA ausgelegt sind, nicht bemerkt werden.

Die experimentelle Xenobiologie ist eine neue Wissenschaft, die mit dieser Arbeit begonnen wurde und die es laut Chepet in Zukunft ermöglichen wird, bisher unbekannte therapeutische Methoden zu entwickeln.

Diese Arbeit über Xenonukleinsäuren liefert eine wahrscheinliche Antwort auf eine weitere interessante Frage, die alle Genetiker seit Jahrzehnten beschäftigt: Wie sind DNA und RNA auf der Erde entstanden?

Ende des letzten Jahrhunderts erfuhren Wissenschaftler, dass DNA höchstwahrscheinlich aus weniger komplexer RNA entstand, verstanden jedoch nicht, wie RNA, das komplexeste Molekül überhaupt, in der Natur entstehen konnte. Der Akademiker A. Spirin, der weltweit führende RNA-Experte, erklärte einmal, er habe zwei Jahre seines Lebens mit diesem Thema verbracht und dabei festgestellt, dass die zufällige RNA-Synthese in einer Zeit stattgefunden haben könnte, die viel länger ist als die Lebensdauer des gesamten Universums. Die Wahrscheinlichkeit dieses Ereignisses ist deutlich geringer als die Wahrscheinlichkeit, dass ein Affe „Krieg und Frieden“ schreibt.

Einer Theorie zufolge gab es vor den RNA-Molekülen noch einfachere Moleküle – die Prä-RNA. Diese Theorie wies jedoch zahlreiche Widersprüche auf, die sich auflösen, wenn wir uns vorstellen, dass es zwischen der Prä-RNA und der RNA einen weiteren Vermittler gibt – eine xenogene Substanz – die Xenonukleinsäure.

Dieser Vermittler könnte laut Chepet durchaus seine geliebte Threose-Nukleinsäure (TNA) sein.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]