DNA wird mobil
Retroelemente fügen DNA-Kopien an neuen Stellen des Erbguts (dem Genom) ein. Da sie mobil sind und das Genmaterial replizieren können, stellen sie die Ursache der massiven Expansion und Neuanordnung von Genomen dar. Wenn bei Replikation und Insertion Fehler unterlaufen, entstehen Mutationen – die Grundlage für Veränderung und Weiterentwicklung. Im Rahmen des Projekts "Diversity generating retroelements – understanding a new class of mobile RNAs" (RETROELEMENTS) wurde eine kürzlich entdeckte Klasse der Retroelemente untersucht, die in Bakterien und Viren zu finden ist: die Diversität-generierenden Retroelemente (DGR). Diese Elemente konzentrieren sich wiederholt auf eine bestimmte Region des Genoms. Dies führt letztendlich zu einer Veränderung der Kodierungssequenz eines Gens, wodurch ein neues Protein entsteht. Veränderungen der Proteine münden in Anpassungen, und DGR sind eine Quelle rapider Evolution. Im Labor ist die Veränderung von Proteinen auch ein wertvolles Werkzeug für Biotechnologie und Medizin. Frühere Forschungen auf diesem Feld konzentrierten sich auf Phagen (auf Bakterien lebende Viren). Das Team entwickelte daher einen Algorithmus, um DGR in anderen Organismen, insbesondere in Bakterien, automatisch zu ermitteln. Die Wissenschaftler identifizierten insgesamt 155 DGR in einer Datenbank, 126 von diesen wurden noch nie zuvor beschrieben. Durch die Entwicklung verschiedener Bakterienmodelle entstand ein ganz besonderes Modell, das zur Untersuchung der Mechanismen der DGR-Aktivität eingesetzt werden konnte. Als Vertreter der Cyanobakterien ist das Modell ein Bakterium, das seine Energie aus Photosynthese bezieht. Dieses Bakterium könnte sogar der Vorläufer der Chloroplasten höherer Pflanzen sein. Der Vorgang der DNA-Insertion in das Genom ist dem Prozess ähnlich, durch den neue Antikörper gebildet werden. Daher könnten Anwendungen der Forschungsergebnisse auch auf die Immunologie ausgeweitet werden. Weitere Nutzungen umfassen die Phagentherapie sowie die DNA-Reparatur.
Schlüsselbegriffe
DNA, Retroelement, Genom, mobil, Mutation, Evolution, Diversität-generierend, Algorithmus, Immunologie, Phagentherapie, DNA-Reparatur
