Urbakterien lüften Geheimnisse der DNA-Replikation
Archaea ist griechisch und bedeutet wörtlich "uralt". Vergleiche zwischen den Genomen dieser einzelligen Organismen und von Eukaryoten (zu denen auch der Mensch gehört) haben homologe Proteine und Mechanismen der DNA-Replikation bei diesen zwei Lebensformen gezeigt. Daher können Archaeen als vereinfachtes Modell von Eukaryoten benutzt werden und außerdem dabei helfen, wie es im Laufe der Evolution zur DNA-Replikation von Eukaryoten gekommen ist. Das europäische Projekt REPBIOTECH untersuchte die biochemischen Vorgänge bei der DNA-Replikation von Archaeen. Eine Arbeitsgruppe in Ifremer, Frankreich, beschäftigte sich mit der Funktionsweise zweier Polymerasen, PabpolB and PabpolD. Mit Hilfe von Gelshift/Competition-Assays zur Bewertung der Spezifität der Nukleinsäure-Protein-Bindung bestimmten sie die Funktion dieser beiden Moleküle im Replikationsprozess. Die Wissenschaftler untersuchten Pyrococcus abyssi, der aus einer hydrothermalen Lösung isoliert wurde. Diese Mikroben können im Gegensatz zu den meisten Enzymen ihre biochemischen Prozesse auch noch unter sehr hohen Temperaturen (bis zu 100°C) aufrechterhalten. Es stellte sich heraus, dass beide Replikationsenzyme ausschließlich Polymerasen waren, anders als bei ihren bakteriellen Gegenstücken. Die Ergebnisse zeigten allgemein, dass bei der Herstellung der DNA-Kopie an der Replikationsgabel von Archaeen zwei Polymerasen arbeiten. Weitere Forschungsbemühungen investierte die Arbeitsgruppe in eine mögliche Verwendung von DNA-Polymerasen als molekularbiologische Tools. PabpolB ist bereits unter dem Markenname Isis eingetragen und wird zur DNA-Amplifizierung mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet. Durch Veränderungen verschiedener Betriebsbedingungen wie pH-Wert, Temperatur und Ionenstärke sollte die Reaktionsgeschwindigkeit und die Qualität der DNA-Kopien verbessert werden. Ein weiteres wichtiges Molekül, der Proliferationsmarker PCNA, war für die Funktion von PabpolD verantwortlich. Die Wissenschaftler fanden auch heraus, dass ein Replikationsfaktor-PCNA-Komplex die Geschwindigkeit der In-vitro-Aktivität von PabpolB erhöhte. Die Verwendung von Enzymen dieses extremophilen (an extreme Umweltbedingungen angepassten) Organismus in der Forschung verspricht ein pharmakologisch-medizinisch breitgefächertes Anwendungspotenzial. Durch die Erforschung der Replikationsmechanismen kann man zu den Ursachen vieler Krankheiten wie z.B. Krebs und Alterserkrankungen durchdringen. Die Isolation von Enzymen, die unter hohen Temperaturen arbeiten, bringt auch Vorteile für die kommerzielle Herstellung.