Zeitung Heute : Genomforschung: Von der Partitur zum Musikstück

Adelheid Müller-Lissner

Die Inszenierung der Feierstunde war beeindruckend: Als "Höhepunkt von 100.000 Jahren Menschheitsgeschichte" bezeichnete Craig Venter, auch sonst nicht unbedingt für seine Bescheidenheit bekannt, diesen Augenblick. Er war zusammen mit Francis Collins, dem Leiter des amerikanischen Humangenomprojekts, ins Weiße Haus gekommen, um die nahezu vollständige Kartierung und Sequenzierung des menschlichen Genoms gebührend zu begehen. Doch während die Rivalen sich in seltener Einmütigkeit, nach Kräften unterstützt vom damaligen Hausherrn Bill Clinton, im letzten Frühsommer schon auf dem Siegertreppchen feiern ließen, ging der internationale Forscherlauf längst weiter.

Nächstes Ziel sind die Proteine, und von Rechts wegen stehen ohnehin sie an erster Stelle. Schließlich leitet sich ihr Name vom griechischen "protos", der Erste, der Wichtigste, ab. Die Gene legen fest, welche Aufgaben die Zellen haben und prinzipiell wahrnehmen können. Molekularbiologen greifen dafür gern zur Metapher vom Bauplan, von der Partitur oder von Verzeichnissen jeder Art. "Wenn Sie verstehen wollen, was in einer fremden Stadt geschieht, und Sie haben nur das Einwohnerverzeichnis, dann kommen Sie damit nicht weit", sagt Friedrich Lottspeich vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München. Licht in Wesen, Wirken und Wandel der Einwohner zu bringen, ist das Ziel des Proteomforschers und seiner Kollegen in aller Welt. Ihren Namen "Proteomics" hat diese Forschungsrichtung, die sich mit der Gesamtheit der Proteine einer Zelle beschäftigt, im Jahr 1994 vom australischen Forscher Marc Wilkins bekommen, natürlich in Analogie zu "Genomics".

Im Körper kommen die Eiweiße als Riesenmoleküle vor, gebildet aus langen Ketten von aneinander gehängten Grundbausteinen, den Aminosäuren - besser bekannt als Strukturbausteine, Enzyme oder Antikörper. Proteine sind es, die über die Eigenschaften von Muskel-, Blut- oder Leberzellen in unserem Körper bestimmen.

Die Bedeutung der Proteine kann man kaum überschätzen: "Alles an uns ist Eiweiß, vom vielen Wasser einmal abgesehen", sagt Ernst-Ludwig Winnacker, Biochemiker und Präsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Und es sind ihrer viele: Das molekularbiologische Dogma, jedes Gen verfüge über den Code für genau ein Protein, ist längst hinfällig. Für Myosin, ein Strukturprotein der Muskelfaser, das beim Menschen in Hunderten verschiedener Formen vorkommt, gibt es nur ein einziges Gen.

Nicht nur die Anzahl der Proteine stellt für die Proteomforschung eine große Herausforderung dar. Hinzu kommt, dass das Genom sich im Verlauf des Lebens eines Individuums so gut wie nicht verändert, während das Proteom sich wandelt: Folge von Anpassungs- und Alterungsprozessen, zugleich aber aber auch Ursache für Krankheiten. So etwas wie das Proteom eines Menschen kann es deshalb nicht geben: Jede Gesamtanalyse wird immer eine Momentaufnahme bleiben: Das Proteom eines bestimmten Menschen in einem bestimmten Zustand unter bestimmten Bedingungen. "Man kann nur schauen, was an Genprodukten gerade im Moment vorhanden ist", sagt der Greifswalder Molekularbiologe Jörg Bernhardt. Leben als Veränderung. Lottspeich ist überzeugt: "Biologie wird erst auf der Ebene der Proteine verständlich."

Trotzdem beginnt die Story früher: Im Kern jeder Zelle, wo unsere gesamte Erbinformation lagert, Pakete von DNS-Molekülen, deren Ordnungsstruktur die Chromosomen bilden. Die DNS lässt sich in Abschnitte gliedern, denen jeweils eine bestimmte Funktion zukommt: die Gene. Die Information, die sie enthalten, kann allerdings erst zum Zuge kommen, wenn sie "umgeschrieben" wird: in RNS (Ribonukleinsäure). Nicht alle RNS-Abschnitte enthalten Informationen. In einem weiteren Arbeitsgang werden Abschnitte, die keine Bauanleitungen für Proteine enthalten ("Introns"), durch einen Vorgang namens Spleißen entfernt. Es entsteht Boten-RNS ("messenger"-RNS, kurz mRNS), die nun den Zellkern verlässt, um sich ins Zellplasma aufzumachen, wo die Produktion von Proteinen aufgenommen werden kann. Auch nach der "Übersetzung" der mRNS-Informationen in Proteine sind noch kleine Veränderungen möglich, die für die überraschende Vielfalt der Eiweißstoffe sorgen.

Mit dem Boom der Proteomics verbinden sich große medizinische Hoffnungen. Interessant sind die neudeutsch als "Targets" bezeichneten Zielorte für neue Medikamente. Solche Ziele sind zum Beispiel Proteine, bei denen Aminosäuren fehlen, hinzugefügt wurden oder ihre Plätze getauscht haben. Diese fehlerhaften Eiweiße gelten als hervorragende Angriffspunkte für neue, passgenaue Therapien.

So wird nach Proteinen gefahndet, die als Marker für verschiedene Krebsformen, für Alzheimer oder Arthritis fungieren könnten, weil sie sich in dieser veränderten Form bei Gesunden nicht finden. Die Greifswalder Mikrobiologen nehmen derweil das Bakterium Staphylococcus aureus unter die Lupe, einen Krankheitserreger, der vor allem wegen seiner hochresistenten Stämme gefürchtet ist. Vielleicht gelingt eines Tages die Entwicklung von Wirkstoffen gegen die veränderten Proteine, die gängige Antibiotika zu entwaffnen vermögen. Auch der Gesundheit der Wirtschaft könnte das nützen: So soll das Greifswalder Biotechnikum, günstig in Uni-Nähe gelegen, zum "Inkubator" für neue Biotech-Firmen werden.

Auch zum Proteom gibt es längst forsche Ankündigungen Craig Venters: "Wir werden eine Proteomfabrik bauen und eine Million Proteine am Tag identifizieren." Der Wettlauf geht weiter: Neben dem deutschen Arm des Humangenomprojekts fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung inzwischen auch "neue effiziente Verfahren für die funktionelle Proteomanalyse". "Beliebig viele Fragestellungen liegen vor uns", sagt Lottspeich. "Die meisten Genomforscher unterschätzen ja die Dynamik und Komplexität, die sich auf der Ebene der Proteine einstellt."

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