Frederick Sanger – Codes entschlüsseln für Profis

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Für mich gibt es drei wichtige Freds. Der eine ist ein befreundeter Folksänger, der zweite ein bereits verstorbener Rocksänger, der dritte starb gestern und er war Biochemiker. Frederick Sanger hat als einziger Mensch den Nobelpreis für Chemie zweimal bekommen, das zeigt schonmal wie genial dieser Brite war und wie wichtig es ist, etwas über ihn zu wissen. Interessant ist, dass Sanger die Nobelpreise für zwei augenscheinlich recht unterschiedliche Projekte bekam, zum einen für die Erforschung des Insulins, zum anderen für die Etablierung einer Methode zur DNA-Sequenzierung.

Beginnen wir mit dem Insulin. Wer einen Diabetiker kennt der weiß, dass diese Menschen immer ein Fläschchen Insulin dabei haben und nach einer Mahlzeit ihren Blutzuckerspiegel messen, den Wert in ein Heftchen eintragen, ein bisschen herumrechnen und dann eine Spritze mit Insulin aufziehen und es sich spritzen. Unseren diabetischen Freunden fehlt es nämlich an Insulin, einem sehr kleinen Hormon, was unsere Bauchspeicheldrüse (Pancreas) produziert. Es wird in Vesikeln gespeichert und dort freigesetzt sobald die Zuckerkonzentration (Glukose) im Blut steigt. Insulin bindet an den Insulin Rezeptor (wir Biologen machen uns das manchmal echt leicht mit den Namen), woraufhin Glukose in die Zellen aufgenommen wird. Der aufmerksame Leser hat hier auch gemerkt, dass dies unabhängig von Geschmackssensoren passiert. Unser Insulinspiegel steigt nicht wenn wir Süßes schmecken, nur wenn wir Zucker aufgenommen haben.

Sanger wollte nun herausfinden, aus welchen Aminosäuren das Insulin zusammengesetzt ist. Aminosäuren sind die Bausteine aus denen unsere Proteine bestehen. Sie werden in einer langen Kette aneinandergereiht und zwar so, wie die Anleitung in unserer DNA es sagt. Immer drei DNA-Basen stehen für einen dieser Bausteine. Sanger fand nicht nur heraus, in welcher Reihenfolge diese Bausteine aneinander gereiht waren, sondern auch, dass Insulin aus zwei Ketten besteht die untereinander verbunden sind.

Dazu verwendete Sanger einen Stoff, DNFB, der spezifisch an die letzte der Aminosäuren andockte. Dann gab er Säure dazu, wodurch das Protein in seine Einzelteile, also die Aminosäuren, zerlegt wurde. Die Aminosäure die an DNFP gebunden war, konnte er aussortieren und mit einem schon bekannten Verfahren (Chromatographie) identifizieren.

Sanger wollte nun auch direkt eine Methode haben, um die Reihenfolge der DNA-Basen aufzuschlüsseln. Hier ging er anders vor. Er nahm DNA und vervielfältigte sie im Reagenzglas.

Wie das genau geht erkläre ich ein andermal. Was aber der Clou an der Methode von Sanger war: Er nahm Nukleotide (Basen an denen auch das Rückgrat der DNA, die Desoxyribose und das Phosphat hängt) und fügte ihnen weitere Nukleotide bei die, sobald sie eingebaut wurden, die Vervielfältigung beendeten. Dies machte man mit allen vier verschiedenen Nukleotiden die wir haben jeweils einzeln. Es gab also lauter halbfertige DNA-Stückchen der unterschiedlichsten Länge, da es Zufall ist ob ein normales Nukleotid oder ein „STOP-Hier geht’s nicht weiter“-Nukleotid eingefügt wird. Diese DNA-Stückchen trennte er nun nach ihrer Größe auf und machte sie sichtbar.

Damit konnte Sanger das erste Genom (also die gesamte DNA) aufschlüsseln, wir sagen dazu übrigens sequenzieren. Es handelte sich um das Genom einer Phage, einer Art Virus für Bakterien. Nebenbei fand er noch heraus, dass in dem Genom die Gene verschachtelt sein können, also ein Abschnitt gleichzeitig mehrere Gene enthalten kann.

Was haben wir heute von Sanger? Nun, das Insulin ist eines der wichtigsten Hormone überhaupt. Nur damit können Diabetiker überleben. Noch vor Hundert Jahren starben Diabetiker, noch vor fünfzig Jahren mussten sie sich das Insulin von Schweinen oder Kühen spritzen, was sie viel schlechter vertrugen. Seine Arbeit an der Struktur von Insulin haben es unter anderem ermöglicht, das Hormon biotechnologisch herzustellen. Biologen haben Hefen den Bauplan (das Gen) für Insulin eingepflanzt und sie produzieren dann humanes Insulin. Und nicht nur das: Man hat das Insulin auch teilweise verändert, damit der Körper es langsamer aufnimmt. So entspricht es mehr den Bedingungen die im Körper gegeben sind.

Und die DNA-Sequenzierung? Damit haben wir viele Genome entschlüsselt. Unter anderem das des Menschen. Eine Weiterentwicklung der Methode führte dazu, das man mittlerweile schon sehr lange Abschnitte der DNA analysieren kann. Es gibt jetzt zwar noch bessere, noch schnellere und noch sensitivere Methoden, aber Sangers Methode wird immer noch angewandt. Die Analyse unseres Genoms hat viele Antworten geliefert, aber noch viel mehr Fragen aufgeworfen. Wie werden Gene an und aus geschaltet? Wieso ist unsere DNA der des Affens so ähnlich, aber wir sehen doch anders aus? Was passiert wenn die DNA an einer Stelle verändert ist?

Die Forschung an diesen Fragen läuft und jeden Tag finden Wissenschaftler etwas neues heraus. Dank Sangers Pioniergeist.

Anna Müllner

Veröffentlicht von

zellmedien.de

Mein Name ist Anna Müllner, ich bin Biologin und habe in der Krebsforschung promoviert. Ich wohne im schönen Hessen und bin als PR-Beraterin für Gesundheitskommunikation tätig. Nach meinem Abitur beschloss ich Biologie zu studieren. Das tat ich zunächst an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, die weder in Bonn ist, noch am Rhein. Aber einer der drei Campusse liegt wirklich an der Sieg. Das letzte Jahr dieses Studiums verbrachte ich in Schottland, an der Robert-Gordon University of Aberdeen wo ich ein bisschen in die Biomedizin und die Forensik schnuppern durfte. Danach entschied ich mich für ein Masterstudium an der Universität Heidelberg in Molekularer Biotechnologie was ich mit der Promotion fortsetzte.

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