Eine neu entdeckte Gruppe von Polymerasen (Enzyme, die DNS oder RNS vervielfältigen) ist in der Lage ? im Gegensatz zu den bisher bekannten ? auch beschädigte DNS zu verdoppeln. Zvi Livneh vom Weizmann Institut in Israel konnte nachweisen, dass durch die Aktivität dieser schludrig arbeitenden Enzyme vermehrt Mutationen erzeugt werden.
Jeder Zellteilung geht eine Verdoppelung des genetischen Materials voraus, so dass die entstehenden Tochterzellen das gleiche Erbmaterial besitzen wie die Ausgangszelle. Durch UV-Strahlung oder hochreaktive chemische Verbindungen können allerdings Schäden in DNS-Molekülen entstehen, die meist durch verschiedene, ständig aktive Reparaturenzyme behoben werden. Vieler dieser in allen Organismen vorhandenen Reparatursysteme funktionieren nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: entweder wird exakt die Ausgangssequenz wiederhergestellt oder der Schaden bleibt bestehen. Im letzteren Fall stirbt die Zelle ab.
Daher ist es von Vorteil, dass es sowohl in Bakterien als auch in menschlichen Zellen Reparaturenzyme gibt, die es mit ihrer Arbeit nicht so genau nehmen. Eines dieser Enzyme ist die DNS-Polymerase R1, die sich durch schadhafte Stellen in der Doppelhelix nicht aufhalten lässt. Das Ergebnis sind DNS-Moleküle mit veränderten Basensequenzen, das heißt es entstehen Mutationen. Bei Bakterien ist die dadurch erhöhte Mutationsrate eine Ursache dafür, dass sich relativ schnell genetische Varianten entwickeln können, die zum Beispiel gegen Antibiotika resistent sind. Die Hemmung dieser Enzyme könnte die Ausbreitung solcher Resistenzen verhindern.
Eine weitere praktische Anwendung dieser Ergebnisse ist die Rekonstruktion von stark beschädigter DNS aus prähistorischen Organismen oder aus Spuren am Tatort von Verbrechen. “Die bisher angewandten Methoden, um DNS schlechter Qualität zu rekonstruieren, waren meist zum Scheitern verurteilt: Schon vereinzelte schadhafte Stellen im Erbmolekül bewirken, dass die eingesetzten Enzyme ihre Arbeit abbrechen”, erklärt Livneh. “Die ‘schlampige’ R1-Polymerase könnte in dieser Hinsicht von großer Bedeutung sein, da sie fehlerhafte DNS toleriert.” (Proceedings of the National Academy of Sciences)
Joachim Czichos
