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Dienstag, 25.07.2017
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Neue Theorie erklärt „Buchstabenrätsel“ der DNA

Warum hat der genetische Code mehr “Wörter” als nötig?

Die Grundlage allen irdischen Lebens ist die „Übersetzung“ der Erbinformation DNA in Proteine – das Ablesen des genetischen Codes. Doch das Alphabet unserer Gene ist weitaus komplexer, als es für diese Aufgabe nötig wäre. Britische Forscher glauben jetzt entdeckt zu haben, warum dies so ist.
DNA-Strang

DNA-Strang

Jean van den Elsen von der Universität von Bath hat gemeinsam mit Kollegen jetzt eine neue Theorie veröffentlicht, die das Rätsel lösen könnte, das Genetiker seit knapp 40 Jahren beschäftigt: Die Frage, warum der genetische Code 64 „Wörter“ zu Verfügung hat, obwohl er nur 20 für die Codierung der Aminosäuren bräuchte. „Es scheint fast, as wenn der genetische Code doch nicht die mathematische Brillianz besitzt, die man von etwas so fundamentalen für das Leben auf der Erde erwartet“, erklärt van den Elsen. Alle bisherigen Versuche diesen seltsamen Überschuss zu erklären, sind bisher gescheitert.

Zweipaare statt „Drei-Buchstaben-Wörter“?


Die jetzt vorgestellte neue Theorie basiert auf einer Idee von Francis Crick, einem der Entdecker der DNA-Struktur, der vermutete, dass sich der Drei-Buchstaben-Code aus einem älteren Zwei-Buchstaben-Code entwickelt haben könnte. Die Forscher um van den Elsen modifizierten sie dahingehend, dass die DNA auch in der Ursuppe schon in Dreiergruppen abgelesen wurde, dabei aber nur das jeweils erste oder zweite Buchstabenpaar aktiv zur Übersetzung in Aminosäuren beitrug.

Die Wissenschaftler versuchten, die von ihnen postulierten Zweiercodes in das heutige System zu übertragen und tatsächlich ergab sich daraus genau das Codierungsmuster, dass in allen lebenden Organismen zu finden ist. „Wenn man unsere Theorie eines Zweiersystems in ein Tripletsystem weiterentwickelt, passt es genau auf die Anzahl und Art der heutigen Aminosäuren“, erklärt van den Elsen. „Es gibt versteckt in unserer DNA und der Struktur unserer Zellen noch immer Relikte dieses sehr einfachen alten Codes“, fährt der Forscher fort und verweist auf mehrere Enzyme, so genannte Aminoacyl-tRNA Synthetasen, die bis heute von den Basentriplets nur jeweils zwei Komponenten ablesen.


Schutz gegen „Verrutschen“


Die neue Theorie könnte auch eine Erklärung dafür liefern, wie der genetische Code seine Fehlertoleranz erreichte: Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Abfolge der Zweiergruppen so angelegt war, dass auch ein „Verrutschen im Text“, beispielsweise durch eine Mutation, zwar eine andere Aminosäure als geplant hervorbringt, diese aber die gleichen Eigenschaften wie die ursprünglich codierte aufweist. „Das ist wichtig, weil genau diese Fehler für den Organismus fatal sein können, keine der alten Theorien kann erklären, wie eine so fehlertolerante Struktur sich entwickelt haben könnte“, so van den Elsen.

Nachzügler in der Ursuppe


Doch die neue Theorie wirft nicht nur ein neues Licht auf den genetischen Code, sie erlaubt auch einen Blick zurück in die „Ursuppe“. Denn zwei der heute im Code vorkommenden Aminosäuren – Glutamin und Asparagin - sind offenbar eine jüngere „Erfindung“ des Lebens – sie kommen im Zweiersystem nicht vor.

Beide unterscheiden sich von allen anderen kodierten Aminosäuren dadurch, dass sie hitzeempfindlich sind und bei hohen Temperaturen ihre Struktur verlieren. Nach Ansicht der Forscher ist dies ein Hinweis darauf, dass zum Zeitpunkt der Entstehung des DNA-Codes – eben in der Ursuppe – hohe Temperaturen herrschten. Die beiden „Nachzügler“ konnten daher erst dann eingebaut werden, als einer der Urahnen aller Lebewesen sich von seinem Ursprung an einer heißen Quelle oder einem unterseeischen Vent in kühlere Bedingungen fortbewegte.

Inwieweit auch heute noch weitere Aminosäuren in den Code aufgenommen werden könnten, bleibt allerdings unklar: „Als der Code sich entwickelte, konnte er sich anpassen und neue Aminosäuren aufnehmen. Ob wir so möglicherweise eines Tages einen vollen Satz von 64 Aminosäuren erreichen könnten, weiß ich nicht“, erklärt van den Elsen. „Möglicherweise hat ein Kompromiss zwischen Aminosäuremenge und Effizienz in der Fehlerminimierung den genetischen Code in seinem jetzigen Format eingefroren.“
(University of Bath, 03.08.2005 - NPO)
 
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