Molekularbiologische Revolutionen: von der PCR bis zum CRIPR/Cas Gene Editing

Die Modernisierung verändert unser aller Alltag in einer ungeheuren Geschwindigkeit. Noch vor 40 Jahren waren Computer raumgroß und heute hat jeder ein Gerät in seiner Tasche, kann ohne Probleme auf das Internet zugreifen und somit zur Ansammlung jeglichen Wissens der Menschheit. Und wie im Alltag, so verbessert die Technik auch die Möglichkeiten in der Forschung. Hier sind die drei größten Revolutionen, die die Molekularbiologie in den letzten Jahrzehnten erfahren hat:

Ausstattung in jedem Labor: PCR Maschinen (Foto: Föhr)

Ausstattung in jedem Labor: PCR Maschinen (Foto: Föhr)

PCR
Die Polymerase-Kettenreaktion ist ein Verfahren zur exponentiellen Vervielfältigung (Amplifikation) von DNA. Diese Methode stellte eine Revolution in der Molekularbiologie dar und ist die Grundlage für viele Experimente. Durch die PCR wurden Vaterschaftstests, Entdeckungen von Erbkrankheiten und der genetische Fingerabdruck möglich. Mit der sogenannten Reversen Transkription kann man zusätzlich sehen, welche Gene in welchen Zellen an – oder ausgeschaltet sind. Heutzutage kann mit Hilfe interkalierender fluoreszierender Farbstoffe die Vervielfältigung der DNA direkt beobachtet werden, weshalb diese Technik auch Real-Time PCR heißt.

Genomsequenzierung

Es folgte die Sequenzierung der DNA nach Sanger, bei denen zu sehen war, welche DNA-Basen in welcher Reihenfolge vorhanden waren. Das Human Genome Project setzte sich in den 90er Jahren das Ziel das gesamte Genom des Menschens zu entschlüsseln und alle Gene zu identifizieren. 2001 wurde die vollständige Sequenzierung verkündet. Es fanden sich nur 30 000 Gene, statt der erwarteten 100 000. Gleichzeitig wurde aber auch bekannt, dass das Genom komplexer ist, als bisher vorgestellt.Früher dachte man, dass ein Gen auch ein bestimmtes Protein codiert, doch heute ist klar, dass ein Gen für viele mögliche Variationen eines Proteins codieren kann oder es auch Gene gibt, die für kein Gen codieren, sondern für RNAs, die verschiedenste Aufgaben haben können. Außerdem gibt es viele Wechselwirkungen und Rückkopplungen.  Die Technik verbesserte sich, das Neanderthaler Genom wurde sequenziert und es folgten sehr viele Tiere. Heutzutage haben Folgeprojekte tausende menschliche Genome sequenziert. Anhand all dieser Daten können nun durch den Vergleich Risikofaktoren für Krankheiten entdeckt werden und Rückschlüsse auf die Evolution gezogen werden.

CRIPR/Cas Gene Editing

Durch die PCR wurde auch die Klonierung von Genen möglich. Hier werden Gene von einem Organismus isoliert und in andere Organismen eingepflanzt. Dies unterscheidet sich vom Klonen ganzer Organismen. Durch solche Klonierungen wurde die massenhafte Produktion von Proteinen möglich, die als Arzneistoffe dienen, wie zum Beispiel Insulin. Nun soll eine neue Entdeckung eine weitere Revolution hervorbringen. Mit dem CRIPR/Cas System ist es möglich das Genom von nahezu jedem Organismus mit nie da gewesener Einfachheit zu modifizieren. Das Potential zur Krankheitsbekämpfung ist groß, und erste klinische Tests sollen am Menschen durchgeführt werden. Aber noch größer ist das Potential im Labor zur Erforschung verschiedener Gene. Die Komplexität des Genoms könnte hierdurch nach und nach entschlüsselt werden. Die Zukunft wird zeigen, wie schnell sich die Forschung weiter entwickelt.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um eine neue, detailierte Karte des Gehirns.

Ambulocetus & Co – die Evolution der Wale

Walfinne: Die Evolution brachte die Flosse hervor und nahm die Beine weg (Foto: Urs Flükiger / pixelio.de)

Wale: die größten Tiere, die momentan auf der Erde leben. Sie sind neben den Seekühen die einzigen vollständig an das Leben im Wasser angepassten Säugetiere. Delfine gehören ebenfalls zu den Walen. Doch durch Walfang und Umweltverschmutzung sind diese majestätischen Tiere gefährdet. Doch wie sind Wale überhaupt entstanden?

Die nächsten Verwandten der Wale sind die Flusspferde. Durch molekulargenetische Analysen fand man heraus, dass die Wale viele Gemeinsamkeiten mit den Paarhufern, zu denen die Flusspferde, aber auch Giraffen, Schweine und Kamele, gehören, haben. Die genaue Herkunft der Wale ist umstritten. Die komplette Verwandlung von einem Vierfüßigen Säugetier bis hin zu einem vollständig an das Wasser angepasste Tier geschah innerhalb von rund 13 Millionen Jahren, was in der Evolution sehr schnell ist für solche großen Veränderungen.

Der wahrscheinlich Erste in der Linie der Tiere, die zu den Walen führt, lebte vor ungefähr 50 Millionen Jahren. Indohyus war ein waschbärengroßer geweihloser Hirsch, der wohl schon teilweise im Wasser auf dem indischen Subkontinent lebte. Verdickte Ohrknochen reihen ihn in die nahe Verwandtschaft zu den Walen ein, allerdings eher als eine ausgestorbene Schwestergruppe.

Walgebiss: Die Zähne verrate einiges über die Lebensweise eines Tieres (Foto: Rolf van Melis / pixelio.de)

Der wolfsgroße Pakicetus dagegen wird bereits zu den Walen gezählt. Er lebte wohl in Ufernähe und watete wie Indohyus im Wasser statt zu schwimmen . Der etwa drei Meter lange Ambulocetus zählt zu der wichtigsten Übergangsform zwischen Land und Wasser. Dieser laufende Wal, wie Ambulocetus übersetzt heißt, lebte im flachen Wasser. Seine amphibische Lebensweise ähnelte dabei der eines Krokodils. Er wartete im Brackwasser und griff Beutetiere, die an das Wasser heran kamen, an. Wenn er an Land wollte, musste er sich fortbewegen wie eine Robbe.

Die als Protocetiden bekannte Familie war dann die erste, deren Fossilien an Küsten auch an anderen Stellen der Welt gefunden wurden. Durch die Kontinentalverschiebung gab es zu ihrer Zeit viele tropische Ozeangebiete. Dies half ihnen sich schnell zu verbreiten.

Basilosaurus, was Königsechse bedeutet, war der erste Vertreter der Wale, der vollständig an das Leben im Wasser angepasst war. Dieser 18 Meter lange Koloss hatte eine lange Schnauze und furchterregende große Zähne. Als das größte Säugetier seiner Zeit war es ebenfalls der dominierende Räuber der Meere.

Gefährlicher Fleischfresser: Dieser Orca ist wie seine Vorfahren ein Jäger (Foto: beppo1 / pixelio.de)

Die heute lebenden Wale unterscheiden sich in Bartenwale, die sich als Filtrierer von Plankton ernähren, und die sich räuberisch ernährenden Zahnwale. Mit dem Blauwal bei den Bartenwalen und dem Pottwal bei den Zahnwalen, zählen das größte räuberisch lebende Tier und das größte Tier, das je auf der Erde gelebt hat, zu den Walen. Auch in Sachen Langlebigkeit brechen die Wale Rekorde und leben bis zu 200 Jahre. Dieses lange Leben wird hauptsächlich durch den Menschen bedroht.

 Vorschau: Nächste Woche gibt es eine Face2Face Mitarbeiter Umfrage über ihre Lieblingstiere.