Gesundheit : Sie ließen die Gene verstummen

Andrew Fire und Craig Mello lösten eine Revolution in der Biologie aus

Hartmut Wewetzer

Selten hat eine neue Entdeckung die Herzen der Genetiker und Molekularbiologen so im Sturm erobert, selten eine solche Lawine neuer Forschungsergebnisse ausgelöst wie die RNS-Wechselwirkung, in der Fachsprache „RNAi“ oder „RNA interference“ genannt. Und so kommt der am Montag bekannt gegebene Medizin-Nobelpreis 2006 für Andrew Fire und Craig Mello alles andere als unerwartet. Auch wenn die bahnbrechende Studie der beiden Forscher erst acht Jahre alt ist – der Nobelpreis lag bereits in der Luft. Man konnte allenfalls darüber spekulieren, wer sich als Dritter im Bunde mit Craig und Mello den Ruhm würde teilen können.

Fire und Mello haben mit der RNS-Wechselwirkung einen wichtigen Weg entdeckt, mit dem die Zelle die Weitergabe genetischer Information steuert. Im Mittelpunkt ihrer Arbeit steht die Ribonukleinsäure, abgekürzt RNS. Das fadenförmige Molekül ist so etwas wie der kleine Bruder der Erbsubstanz DNS und der reitende Bote zwischen der DNS und den Produkten der DNS, den Eiweißen (Proteinen). Wie DNS besteht auch die RNS aus Nukleinsäure, ist aber zierlicher und vielseitiger.

Boten-RNS transportiert die in der DNS abgelegte genetische Information aus dem Zellkern in das Zellplasma. Dort dockt die Boten-RNS an den Ribosomen an, den Eiweißfabriken der Zelle. Hier werden anhand der genetischen Baupläne die Proteine hergestellt, die elementaren Bauteile und Handwerker der Zelle. Ohne RNS kein Leben.

Die Geschichte der RNS-Wechselwirkung beginnt 1990. Die Pflanzengenetiker Richard Jorgensen und Joseph Mol stoßen auf ein merkwürdiges Phänomen. Sie haben purpurnen Petunien zusätzliche Gene für den Purpurfarbstoff eingefügt. Aber das Ergebnis sind nicht etwa noch leuchtendere Pflanzen, sondern das ganze Gegenteil. Die Petunienblüten sind plötzlich weiß. Als Antwort auf die fremden Purpurgene hat die Pflanze auch ihre eigenen Purpurgene abgeschaltet. Ein unbekannter Zensor hat das Purpurgen zum Schweigen gebracht. Aber wer ist dieser Zensor?

1998 lüften Fire und Mello mit einer Veröffentlichung im Fachblatt „Nature“ das Geheimnis. Die beiden Wissenschaftler arbeiten mit einem winzigen Fadenwurm namens C. elegans. Sie injizieren in die Keimzellen des nur einen Millimeter langen Wurms das Gen für ein Muskeleiweiß. Ist das Gen ausgeschaltet, dann zuckt der Wurm. Soviel ist bekannt.

Fire und Mello spritzen das Gen in Form von RNS in drei Spielarten. Nummer eins und zwei sind jeweils einzelne RNS-Stränge, entweder in Form des Muskeleiweißgens oder als gegensinnige (komplementäre) Sequenz. Variante Nummer drei ist das Gen als Doppelstrang. Gespannt warten die Wissenschaftler, wie sich die Nachkommen der drei unterschiedlich manipulierten Keimzellen entwickeln. Während die Varianten eins und zwei keine Auswirkungen haben, hat die Doppelstrang-RNS den Zensor der Zelle geweckt. Der Wurm zuckt.

Die Schlussfolgerung der Wissenschaftler ist klar. Weil winzige Mengen der Doppelstrang-RNS genügt haben, um das gleiche Gen zu blockieren, muss es einen zelleigenen Zensurmechanismus für die RNS-Wechselwirkung geben. Er reagiert auf Doppelstrang-RNS.

Stück für Stück wird dieser Apparat in den nächsten Monaten und Jahren von Fire und Mello und von vielen anderen Forschern ans Tageslicht gebracht: Die Doppelstrang-RNS wird zunächst gespalten und in Einzelstränge aufgeteilt. Danach wird eines der Fragmente von einem Protein aufgeklaubt und an die passende Boten-RNS angedockt. Ist das geschehen, wird die Boten-RNS klein gehackt. Das Gen ist verstummt, seine Botschaft zerstört.

RNS-Wechselwirkung findet sich überall im Baum des Lebens. In Plattwürmern, Taufliegen, Pflanzen, Zebrafischen, Säugetieren und beim Menschen. Aber was ist ihr Zweck? Zum einen schützt die RNS-Wechselwirkung vor Viren, die ihr Erbgut mit Hilfe von doppelsträngiger RNS kopieren. Zudem feit sich das Erbgut auf diese Weise vor „springenden“ Genen und Virus-Erbanlagen, die sich im Genom breitgemacht haben und sich weiter ausdehnen wollen.

Aber RNS-Wechselwirkung ist noch viel mehr. Die DNS von Würmern, Fliegen, Mäusen und Menschen enthält nicht nur die Bauanleitung für Proteine, sondern auch für kurze RNS-Schnipsel, genannt „micro RNAs“. Mit ihrer Hilfe werden Gene bei der Entwicklung des Organismus abgeschaltet. Ist dieser Mechanismus gestört, kann Krebs entstehen.

Die Möglichkeit, mit kurzen RNS-Abschnitten Gene gezielt zu blockieren, ist inzwischen zu einem wichtigen Handwerkszeug für Biotechniker geworden. Mit ihrer Hilfe können Forscher viel besser verstehen, welche Aufgaben bestimmte Erbanlagen im Organismus haben. Denkbar ist auch eine mögliche Anwendung der RNS-Wechselwirkung in der Medizin. Zwar gibt es bereits erste Versuche am Menschen – der Weg zu einer neuartigen Gentherapie mit RNS ist trotzdem noch lang.

Das Nobelpreis-Komitee hat nur die beiden Pioniere der ersten Stunde ausgezeichnet. Es ist denkbar, dass es zu einem späteren Zeitpunkt eine zweite Nobelpreis-Runde für weitere Erforscher der RNS-Wechselwirkung geben wird. Einer der heißen Kandidaten wird dann der Deutsche Thomas Tuschl sein. Er forscht an der New Yorker Rockefeller-Universität. Tuschl ebnete den Weg zur praktischen Anwendung der RNS-Wechselwirkung in der Biotechnik.

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