Gesundheit: Maschinen des Lebens

Mittlerweile ist die Buchstabenfolge fast aller menschlichen Gene bekannt. Aber dabei handelt es sich „nur“ um molekulare Baupläne für Eiweiße (Proteine). Die Proteine selbst aber sind es, die in einem ungeheuer komplizierten Netzwerk als Biokatalysatoren (Enzyme) den Stoffwechsel steuern. Proteine sind die Arbeiter und das Gerüst des Lebens. Vom Zehennagel bis zu den Haarspitzen fügen diese winzigen Maschinen sämtliche Bestandteile des Körpers aus ihren Grundelementen zusammen.

Proteine sind es auch, die dafür sorgen, dass aus starren Erbanlagen im Wechselspiel mit der Umwelt anpassungsfähige Individuen entstehen, die aus ihren Erfahrungen lernen können. Um diese Vorgänge zu verstehen, müssen die in der Internationalen Protein-Forschungsorganisation „Hupo“ organisierten Wissenschaftler nicht nur herausfinden, welche Proteine in den Hunderten verschiedenen Zell- und Gewebe- arten des Körpers vorkommen, sondern auch, wann die Eiweiße produziert werden, wie sie sich gegenseitig beeinflussen und wie sich die Proteinausstattung etwa im Alter und bei Krankheiten verändert.

Flugs gab man dem Forschungsgebiet, das sich mit der gleichzeitigen Analyse einer Vielzahl von Proteinen beschäftigt, den Namen „Proteomik“. Ebenso schnell aber erkannten die Wissenschaftler, dass „die Proteomik viel komplizierter ist als die Genforschung“, wie Andreas Barner berichtet, Vorsitzender des Verbandes Forschender Arzneimittelhersteller.

Während man die ursprüngliche Schätzung von bis zu 120 000 menschlichen Genen auf nunmehr gut 20 000 korrigieren musste und feststellte, dass ein Mensch kaum mehr verschiedene Erbanlagen besitzt als ein Fadenwurm oder die Fruchtfliege Drosophila, war der Trend bei den Proteinen genau umgekehrt.

Hier finden die Spezialisten ständig neue Eiweißformen und -varianten. Sie entstehen einerseits dadurch, dass die Abschnitte eines Gens vor der Übersetzung in Proteine auf unterschiedliche Weise kombiniert werden können. Andererseits gibt es viele kleine Molekülbausteine, die durch Enzyme an bereits fertige Eiweiße anhängt werden können und so deren Form und Funktion verändern. Einer Schätzung zufolge schwimmen alleine in der menschlichen Blutflüssigkeit, dem Plasma, über 500 000 verschiedene Eiweißvarianten. Die „Ein Gen – ein Enzym“ - Hypothese, aufgestellt 1941 von den US-Genetikern George Beadle und Edward Tatum, muss endgültig begraben werden.

Leider lässt sich aus einer Gensequenz die Funktion der zugehörigen Eiweiße nur erahnen, ähnlich wie auch die Inhaltsangabe auf einer Tütensuppe nur eine vage Vorstellung von deren Geschmack vermittelt. Entsprechend der ungeheuren Vielfalt von Proteinen gibt es viele Untersuchungsmethoden, aber mit deren Automatisierung durch Roboter steht man ganz am Anfang.

Immerhin helfen ausgefeilte Analyseprogramme und weltweit vernetzte Datenbanken dabei, Proteinstrukturen anhand der bekannten Gensequenzen vorherzusagen und Vergleiche anzustellen. So erstellt an der Technischen Universität München ein Team um den Bioinformatiker Thomas Rattei eine Karte, welche die Verwandtschaftsbeziehungen der momentan gut fünf Millionen bekannten Proteine aus 500 verschiedenen Organismen darstellen soll.

Ein Forscher, der ein Protein gefunden hat, dessen Konzentration die Lebenserwartung eines Fadenwurms beeinflusst, könnte hier in Sekunden erfahren, ob ähnliche oder gar die gleichen Proteine auch im Körper des Menschen vorkommen. Mit wenigen Mausklicks könnte er sich außerdem weiterhangeln zu Literaturverweisen und einer Unzahl öffentlich zugänglicher Analysen der fraglichen Eiweißmoleküle, inklusive Angaben zu deren physikalischen Eigenschaften, Bindungspartnern und den zugehörigen Gen-Daten. „Unsere Karte wird auch dabei helfen, die besten Angriffspunkte für neue Arzneimittel zu finden und Nebenwirkungen zu vermeiden“, sagt Rattei.

Die nächste Folge unserer Serie erscheint am 11. Juli. Thema: Gen-Tests.

Michael Simm