Wissenschaftler des Imperial College London haben festgestellt, dass Gene schon von weitem erkennen, ob ein anderes Gen dem eigenen Aufbau entspricht. "Gene verhalten sich wie Gäste auf einer Party. Lernen sich dort zwei Menschen kennen, prüfen sie auch erst aus der Distanz, ob sie füreinander interessant sind", so Alexei Kornyshev, Professor für chemische Physik. Kornyshev, der als Gastwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften tätig war, hat nun berechnet, wie weit homologe, also sehr ähnliche, DNA-Abschnitte voneinander entfernt sein dürfen, um Ähnlichkeiten festzustellen.
"Wenn wir wüssten, wie Gene den richtigen Austauschpartner finden, könnten wir falsche Kombinationen bei künstlicher Befruchtung verhindern", erklärt Kornyshev. Trotz der Fülle an menschlichen Genen finden sich im Genom ähnliche Exemplare mit hoher Präzision. Das ist wichtig, denn bei der Vererbung ebenso wie bei der Reparatur defekter Gene dürfen nur Teile ausgetauscht werden, die Informationen für dasselbe Merkmal tragen, die also zu zwei Varianten desselben Gens gehören. Die Frage, wie die Gene einander erkennen, war den Forschern bisher unklar. Dazu gebe es zwei Theorien, erklärt Kornyshev. Eine Theorie geht davon aus, dass ähnliche Sequenzen sich nur finden, wenn der Doppelstrang sich wie ein Reißverschluss geöffnet hat. Doch Kornyshev gehört zu den Vertretern der Theorie, die meint, dass Gene mit vergleichbarer Zusammensetzung sich schon aus der Ferne identifizieren und dabei ein Auftrennen der Doppelstränge nicht nötig sei.
Nach Ansicht des Wissenschaftlers ist das möglich, weil sich zwischen den negativ geladenen Doppelsträngen der DNA, die sich wie eine Wendeltreppe winden, positiv geladene Teilchen festsetzen. Die unterschiedlich geladenen Bereiche üben anziehende Kräfte aufeinander aus, wenn zwei Doppelstränge aneinander vorbei gleiten. Das Team von Kornyshev hat nun in einer Studie, die im Wissenschaftsmagazin PNAS veröffentlicht wird, festgestellt, wie weit zwei Doppelstränge gegeneinander verschoben werden dürfen, damit sich die ähnlichen Sequenzen noch erkennen. Dazu betrachteten die Forscher wie durch ein Fenster einen Abschnitt eines Gens und berechneten, wie sich die Energie ändert, wenn ein zweiter DNA-Doppelstrang vorbei gleitet. Offensichtlich merkt ein Gen, dass sich ein ähnliches nähert, bevor die beiden exakt gegenüber stehen.
Solange die homologen Teile um mehr als die Hälfte der Fensterbreite zueinander versetzt sind, entspricht die Wechselwirkung noch der zwischen verschiedenen Genen. Nähern sich die homologen Doppelstränge weiter an, sinkt die Energie. Sie ist am kleinsten, wenn die beiden Doppelstränge einander exakt gegenüber liegen. Die Kurve, die den Energievorteil beschreibt, zeigt, dass homologe Sequenzen sich schon aus gewisser Distanz erkennen.
Erste Versuche im Reagenzglas haben gezeigt, dass geschlossene homologe DNA-Sequenzen aus mehreren hundert Bausteinen ohne Hilfe von Proteinen zueinander finden. "Es ist daher durchaus möglich, dass sich homologe Gene anhand ihrer Struktur erkennen, bevor der komplexe Prozess startet, in dem sich die Stränge auftrennen und austauschen", erläutert der Wissenschaftler. (pte)
