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DAS GEHEIMNIS DES SOS-REPARATURDIENSTES
Einige Reparaturmannschaften machen einfach nur ihren Job. Andere hingegen sind eifriger und lassen alles in einem besseren Zustand zurück als es war, bevor das Problem auftauchte. Der "Notreparaturdienst", der die DNS, die genetische Zellsubstanz, ausbessert, gehört zu dieser zweiten Kategorie.
Am Weizmann-Institut für Wissenschaft haben Forscher jetzt das "Berufsgeheimnis" dieser molekularen Reparatur- mannschaft gelüftet und gezeigt, wie eine Winzigkeit genetischen Materials, das genau an der richtigen Stelle eingefügt wird, die DNS vor einer genetischen Katastrophe retten kann. Doch der Reparaturtrupp verhindert nicht nur ernsthafte Mutationen, er läßt auch aufsehenerregende Spuren zurück: eine "gute" Mutation, welche die Überlebenschancen eines Organismus verbessern kann.
Die DNS wird unablässig von verschiedenartigen Umweltfaktoren, wie zum Beispiel Ultraviolett-Strahlung, geschädigt. Dieser Schaden wird im allgemeinen mit Hilfe spezieller, als Reparatur-Enzyme bekannter Proteine korrigiert. Manchmal jedoch gelingt es diesen Enzymen nicht, ihre Arbeit erfolgreich durchzuführen.
Dann wird es Zeit, den Notdienst zu rufen. Seit über 20 Jahren ist den Wissenschaftlern bekannt, daß die DNS neben den normalen Reparatur-Enzymen über einen Last-Minute Korrekturmecha- nismus, die sogenannte SOS-Reparatur, verfügt. In einer Studie, die am 28 August in der Zeitschrift Molecular Cell veröffentlichtet wurde, rekonstruierte Prof. Zvi Livneh von der Abteilung für Biochemie des Weizmann-Instituts in Zusammenarbeit mit den Jungakademikern Nina Reuven und Guy Tomer diesen Mechanismus in einem Reagenzglas und deckte auf, wie der SOS-Trupp bei seiner Arbeit vorgeht.
Die Wissenschaftler fanden heraus, daß in Fällen, in denen geschädigtes Genmaterial nicht repariert wird, der fehlerhafte Abschnitt der DNS - der gewöhnlich aus ein oder zwei "Buchstaben" des genetischen Codes besteht - während der Reproduktion kurzerhand gelöscht wird und der Rest des DNS-Moleküls sich verschiebt, um die Lücke auszufüllen. Das Ergebnis ist eine folgenschwere Mutation, welche die genetische Schrift durcheinanderbringt. Dies wiederum hat die Produktion fehlerhafter Proteine zur Folge, die einen verheerenden Schaden in der Zellfunktion anrichten können. So können diese Proteine zum Beispiel Krebs unterdrückende Gene ausschalten, ein Vorgang, der zur Entwicklung eines Tumor führt, oder ein unentbehrliches Protein vernichten und damit den Zelltod herbeiführen.
Wenn aber der SOS-Reparaturdienst einspringt, ersetzt er die beschädigte DNS mit willkürlich gewähltem genetischen Material. Dieses Material wirkt wie eine "Leertaste", die das DNS-Molekül in der richtigen Anordnung hält. Vergleichbar der Vorgehensweise von Archäologen, die Ton formen, um die Lücken zwischen den Scherben antiker Gefäße zu füllen, verhindert diese "Leertaste" die Auslöschung beschädigter genetischer Buchstaben und hält die Gesamtstruktur der DNS intakt.
Doch die SOS-Reparatur verhindert nicht nur eine genetische Katastrophe, sondern sie verschafft der DNS noch einen zusätzlichen Vorteil. Indem sie willkürlich gewähltes genetisches Material in die Lücken einführt, in denen vorher fehlerhafte DNS siedelte, erzeugt der SOS-Mechanismus ein leicht mutiertes Gen, das weiterhin funktionsfähig ist und bisweilen sogar besser funktioniert als die ursprünglichen Gene. Tatsächlich wirken diese "sanften" und vorteilhaften Mutationen als treibende Kraft der Evolution, da sie eine genetische Vielfalt erzeugen, welche die Grundlage der natürlichen Auslese bildet.
Das Verstehen dieser und anderer DNS-Reparaturmechanismen eröffnet den Wissenschaftlern neue Einblicke in Krankheiten, wie z.B. Krebs. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit liegt im Bereich der Behandlung bakterieller Infektionen, da die SOS-Reparatur eine der Strategien darstellt, mit deren Hilfe sich Bakterien einer medikamentösen Behandlung widersetzen. Das Verständnis dieses Mechsanismus wirft Licht auf das bedrohliche Phänomen der Resistenz von Bakterien gegen Antibiotika.
Prof. Livneh ist Inhaber des Maxwell-Ellis-Lehrstuhls für Biomedizinische Forschung. š
Criteria of this press release:
Biology, Information technology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research projects
German
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