Genjäger auf der Suche nach verborgenem Leben in heißen Quellen

Ein Pionierprojekt hat über 50 Millionen neuer Gene in heißen Quellen sowie in Hydrothermalquellen im Nordatlantik identifiziert, die ein enormes Potenzial für Anwendungen in der Biotechnologie bieten.

Gesundheit

Genprodukte aus Viren haben sich bei Laboranwendungen und insbesondere zur Analyse von DNS und RNS oft als nützlich erwiesen. Vierzehn Forschungsinstitute und kommerzielle Labore aus acht verschiedenen Ländern arbeiteten beim Projekt Virus-X gemeinsam daran, neue Gene aufzuspüren, um diesen bestehenden Fundus zu ergänzen. „Virusgene sind nach wie vor der größte ungenutzte Sequenzraum, den es zu erforschen gilt“, sagt Arnthor Ævarsson, Projektkoordinator von Virus-X. „Es existiert ein gewaltiges Reservoir an Genen, die uns noch völlig unbekannt sind.“ Um neue Gene aufzuspüren, nahmen die Forschenden an verschiedenen Stellen im Ozean in Norwegen sowie an heißen Quellen in Georgien, Island und Japan Wasserproben von bis zu mehreren Dutzend Litern auf einmal. Die jeweiligen Standorte wurden ausgewählt, da Enzyme, die bei hohen Temperaturen wirken können, oft gut für laborbasierte Anwendungen geeignet sind. Es wurden außerdem Meeresproben an verschiedenen Stellen gesammelt, um Enzyme ausfindig zu machen, die bei niedrigeren Temperaturen aktiv sind. Alle Proben wurden unter Befolgung einer Reihe von Filtrationsvorgängen entnommen, um vor der Sequenzierung des Materials den Virus- und Bakteriengen-Anteil zu konzentrieren. „Unser Ansatz beruht auf dem Grundprinzip, dass wir nicht nach konventionellen Methoden vorgehen, bei denen versucht wird, Viren im Labor zu züchten“, merkt Ævarsson an. Dieser Schritt würde es erforderlich machen, die Wirtsbakterien zu ermitteln und zu kultivieren. „Stattdessen isolieren wir die genetischen Sequenzen aus Umweltproben unter Anwendung einer metagenomisch basierten Methode.“ Dies hat besondere Relevanz, da ein bestimmter Teil der entdeckten Gene mit der sogenannten Candidate Phyla Radiation assoziiert ist. Bei der Candidate Phyla Radiation handelt es sich um eine große, rätselhafte Gruppe von Bakterien, die nicht im Labor gezüchtet werden kann und nur durch diese metagenomische Methode überhaupt bekannt wurde. Nach der Sequenzierung der Virusgen-Proben wurden diese Fragmente mithilfe einer leistungsstarken Software zu kohärenten DNS- und RNS-Längen zusammengeflickt. Anschließend wurden relevante Gensequenzen identifiziert und in Bakterien gespleißt, um die von ihnen verschlüsselten Proteine zu synthetisieren. „Wir versuchen, genügende Mengen zu produzieren, um die dreidimensionale Struktur durch Röntgenkristallografie bestimmen zu können“, erklärt Ævarsson, der als Forscher am unabhängigen Matis-Labor in Island tätig ist. „Wenn uns das gelingt, wird es uns deutlich besser möglich sein, einen Strukturvergleich mit bekannten Enzymen durchzuführen, um mehr über ihre Funktion zu erfahren.“ Die Ergebnisse werden derzeit noch ausgewertet. Das Team hat jedoch bereits mehrere bemerkenswerte Entdeckungen gemacht, die kurz vor der Veröffentlichung stehen. Damit haben sie allerdings erst an der Oberfläche gekratzt, denn von rund 50 Millionen Genen wurden bislang nur einige Hundert untersucht. „Wir haben erst angefangen, diese Schatztruhe zu ergründen“, so Ævarsson. Dieses Vorhaben mit einem Volumen von 8 Millionen EUR, das Ævarsson als sein „Traumprojekt“ bezeichnet, wurde vollständig durch Mittel aus dem EU-Programm Horizont 2020 finanziert. „Diese Unterstützung hat das alles erst möglich gemacht, denn ohne angemessene Finanzierung lässt sich ein Projekt von dieser Größenordnung und Zielsetzung überhaupt nicht realisieren“, merkt er an. „Die Pipeline ist unheimlich lang und involviert eine Menge Leute mit unterschiedlichem Fachwissen auf den verschiedensten Ebenen.“ Einige der Genprodukte, die durch Virus-X identifiziert wurden, werden inzwischen bereits für den kommerziellen Einsatz weiterentwickelt und voraussichtlich in den nächsten Jahren marktreif sein. Für Ævarsson aber ist die Jagd der wirklich aufregende Teil der Arbeit: „Das Virom birgt noch so unsagbar viel Unbekanntes“, sagt er abschließend. „Es ist fast wie die Entdeckung neuer Länder, die nie zuvor ein Mensch betreten hat.“

Schlüsselbegriffe

Virus-X, Gen, Island, Quellen, Bakterien, viral, Virom, metagenomisch, Kandidat, Phyla, Phyla-Radiation, Strahlung

Virus-X: Viral Metagenomics for Innovation Value

Genjäger auf der Suche nach verborgenem Leben in heißen Quellen

Schlüsselbegriffe

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich

Diese Seite teilen

Herunterladen