Auftrennen der DNA in Echtzeit beobachten
Die doppelsträngige Desoxyribonukleinsäure (dsDNA), aus der das Genom besteht, besteht aus Sequenzen, die bestimmten Genen entsprechen, sowie auf Nonsense-Sequenzen. Wissenschaftler wissen nun, wo alle Gene beginnen und enden. Sie sind jedoch noch weit von der gleichermaßen gewaltigen Aufgabe entfernt, vollständig zu beschreiben, wie Proteine produziert werden, wie die Schritte moduliert werden können, und, natürlich, welche Rolle die Proteine bei Krankheit und Gesundheit spielen. Zellen verlassen sich auf einen zwei Schritte umfassenden Prozess der Transkription und Translation, um die DNA-Sequenz eines Gens zu "lesen" und diese Informationen dann in die Produktion eines Gens zu übersetzen. Die Transkription umfasst die Separation der dsDNA im Nukleus. Ihre Initiierung erfordert RNA-Polymerasen (Ribonucleic acid), eine Art "Entpacker"-Molekül. EU-geförderte Forscher arbeiten an dem ambitionierten Projekt "A single-molecule view of initial transcription" (SM-Transcription), in dem versucht wird, die modernste spektroskopische Einzelmolekül-Bildgebung mit einem spektroskopischen Lineal mit Nanomaßstab zu kombinieren, um extrem kleine Änderungen in DNA-Komplexen zu visualisieren, die den Start der Transkription signalisieren. Das verwendete Modellsystem war das Bakterium Escherichia coli (E. coli). Obwohl sich viele biologische Prozesse auf das Entpacken und/oder Packen kleiner Teile der dsDNA verlassen, sind derzeit nur sehr wenige Techniken verfügbar, mit denen dieses Verfahren in Echtzeit auf Einzelmolekülebene analysiert werden kann. Das SM-Transcription-Team hat einen modifizierten FRET-Assay (Resonanz-Energie-Transfer nach Förster) entwickelt, um ein DNA-Fragment zu überwachen und anzuzeigen, ob es doppel- oder einzelsträngig ist. Der modifizierte (quenched) FRET-Assay (quFRET) verließ sich auf zwei fluoreszierende Moleküle, eines an jedem der beiden DNA-Stränge, die bei Kontakt eine Abnahme des fluoreszierenden Signals aufwiesen. Die Wissenschaftler haben mit dem quFRET-Assay eine vorzeitige Initiation durch bakterielle RNA-Polymerase wahrgenommen und den Aktionsmodus von zwei potenten Inhibitoren der Transkriptionsinitiation beschrieben. Außerdem haben sie weitere Mechanismen und Konformationsänderungen im Zusammenhang mit RNA-Polymerase in E. coli erläutert und den experimentellen Nachweis für Konformationsfluktuationen im Millisekundenbereich unter Verwendung von FRET-Linealen geführt. Die Implikationen des vom SM-Transcription-Team entwickelten, neuen Assays sind überwältigend. Ein kompletter Durchlauf den gesamten menschlichen Genoms und des Transkriptionsprozesses der einzelnen Proteine ist nur der Anfang.
