Neue Erkenntnisse zur Replikation

Neues aus der Forschung

Meldung vom 18.07.2018

Die Fähigkeit zur Weitergabe von genetischer Information ist eine Grundvoraussetzung für das Leben. Damit bei einer Zellteilung jede Tochterzelle die notwendige genetische Information erhält, muss sich die DNA der Zelle, die Trägerin der genetischen Information, zunächst verdoppeln. Diese Replikationsprozesse werden in der Natur von Enzymen katalysiert. Der Arbeitsgruppe um Prof. Clemens Richert am Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart ist es nun erstmals gelungen, Replikationsvorgänge der DNA auch ohne Enzyme durchzuführen. Das Team gewann zudem Erkenntnisse darüber, wie bei evolutionär frühen Lebewesen die Weitergabe des Erbguts funktioniert haben könnte.


180719-0224_medium.jpg
 
Einfache Darstellung der Mitose
Elena Hänle, Clemens Richert
Enzyme-Free Replication with Two or Four Bases
Angew. Chem. Int. Ed. 2018, online publiziert am 19.06.2018
DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201803074


Für die Experimente nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler chemisch aktivierte, das heißt mit leicht abzulösenden Molekülteilen versehene Nukleotide. Nukleotide sind die Bausteine der DNA. Es handelt sich dabei um Moleküle, die aus Zucker, Phosphat und jeweils einer von vier verschiedenen Basen bestehen. In den Experimenten hefteten sich die Nukleotide an die jeweils komplementäre Base an und verknüpften sich dadurch in der richtigen Reihenfolge. Die gesamten dafür notwendigen Prozesse fanden ohne die Anwesenheit von Enzymen statt. Die auf diese Weise entstandene genetische Information der Tochtergeneration stimmte unterschiedlich gut mit der Sequenz der Elterngeneration überein, die Replikation war also unterschiedlich erfolgreich.

Erkenntnisse wichtig für Forschungen zur Entstehung des Lebens

Prof. Clemens Richert erläutert, dass diese Erkenntnis bei der Erforschung von der Entstehung des Lebens von besonderer Bedeutung ist: „Ähnlich der Frage ‚Was war zuerst da, die Henne oder das Ei?‘ gilt es hier zu klären: ‚Gab es zuerst Enzyme oder die Replikation?‘“ Denn Enzyme werden in der Zelle unter Ablesung von Genen, ähnlich wie bei der Replikation, hergestellt. Das heißt also: keine Replikation ohne Enzyme und keine Enzyme ohne Replikation. Die Ergebnisse der Stuttgarter Forscher weisen nun darauf hin, dass bei frühen Lebewesen eine Replikation ohne Enzyme stattgefunden haben könnte.

Frühe Lebewesen möglicherweise mit nur zwei DNA-Basen ausgestattet

Darüber hinaus vermutet die Arbeitsgruppe aufgrund der Ergebnisse, dass Replikationssysteme von evolutionär frühen, primitiven Lebewesen besser mit zwei Kernbasen funktioniert haben als mit den vier Kernbasen, die sich heute im genetischen Alphabet finden. Bei den vier Kernbasen handelt es sich um Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin. In der DNA liegen sie als Basenpaare Guanin und Cytosin sowie Adenin und Thymin vor. Das Team um Prof. Richert stellte bei den Experimenten fest, dass die Replikationen ohne Enzyme bei den Nukleotiden der Basenpaare Guanin und Cytosin, mit drei Wasserstoffbrücken und stärkerer Paarung, auch nach vielen Wiederholungen noch weitgehend fehlerfrei stattfand. Die Replikation der schwächeren Basenpaarung Adenin und Thymin (zwei Wasserstoffbrücken) verlief dagegen mit weitaus mehr Fehlern.

Expertise am Institut für Organische Chemie

Die Expertise der Arbeitsgruppe bei derartigen Experimenten führte unter anderem zu der Förderung durch das internationale Gemeinschaftsprojekt „Molecular Life“ mit der Vanderbilt University und der Université Lyon 1, das von der Volkswagen Stiftung mit über einer Million Euro gefördert wird.



Der oben beschrieben experimentelle Durchbruch war auch von besonderer Bedeutung für die Beteiligung am Sonderforschungsbereich „Lebensentstehung: Erkundung von Mechanismen mit interdisziplinären Experimenten“ (TRR SFB 235) mit der LMU und TU München.


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 14 Meldungen

Meldung vom 26.06.2019

Kein Platz für Wölfe

Wölfe lösen beim Menschen gleichermaßen Angst und Faszination aus. Das Raubtier wird bei Nutztierhaltern, J ...

Meldung vom 25.06.2019

Studie: Spinat-Extrakt führt zu Leistungssteigerungen im Sport

Ein Extrakt aus Spinat kann einer internationalen Studie unter Beteiligung der Freien Universität Berlin zufo ...

Meldung vom 25.06.2019

Forscher der Humboldt-Universität entschlüsseln, wie Blütenpflanzen ihren Stoffwechsel drosseln

Artikel im Wissenschaftsjournal eLife erschienen.

Meldung vom 25.06.2019

Upcycling in Symbiose: Von „minderwertigen“ Substanzen zu Biomasse

Forschende entdecken den ersten bekannten schwefeloxidierenden Symbionten, der rein heterotroph lebt.

Meldung vom 25.06.2019

Nicht nur der Wind zeigt den Weg

Wenn der südafrikanische Dungkäfer seine Dungkugel vor sich her rollt, muss er den Weg möglichst präzise k ...

Meldung vom 25.06.2019

Rätsel um Ursprung der europäischen Kartoffel gelöst

Woher stammt die europäische Kartoffel? Pflanzen, die im 19. Jahrhundert auf einer Expedition des britischen ...

Meldung vom 24.06.2019

Molekulare Schere stabilisiert das Zell-Zytoskelett

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen haben erstmals die Struktur wichtiger Enzyme in menschl ...

Meldung vom 24.06.2019

Solarium für Hühner - Wie sich der Vitamin-D-Gehalt von Eiern erhöhen lässt

Viele Menschen leiden unter einem Vitamin-D-Mangel. Das kann brüchige Knochen und ein erhöhtes Risiko für A ...

Meldung vom 21.06.2019

Genom der Weisstanne entschlüsselt: Baumart für den Wald der Zukunft

Die Weisstanne ist eine wichtige Baumart im Hinblick auf den Klimawandel. Um sie besser erforschen zu können, ...

Meldung vom 21.06.2019

Künstliche Intelligenz lernt Nervenzellen am Aussehen zu erkennen

st es möglich, das Gehirn zu verstehen? Noch ist die Wissenschaft weit von einer Antwort auf diese Frage entf ...

Meldung vom 21.06.2019

Pilz produziert hochwirksames Tensid

Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena entdeckt im Bodenpilz Mortierella alpina eine bisher u ...

Meldung vom 20.06.2019

Zufall oder Masterplan

Gemeinsame Pressemitteilung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und des Max-Planck-Instituts für Ev ...

Meldung vom 20.06.2019

Systeme stabil halten

Sowohl die Natur als auch die Technik sind auf integrierende Feedback-Mechanismen angewiesen. Sie sorgen dafü ...

Meldung vom 19.06.2019

Wie sich Bakterien gegen Plasmabehandlung schützen

Angesichts von immer mehr Bakterien, die gegen Antibiotika resistent werden, setzt die Medizin unter anderem a ...


21.05.2019
Namenlose Fliegen
03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
19.07.2018
Kenne Deinen Fisch!
19.07.2018
Leben ohne Altern
19.07.2018
Lebensraum Käse
19.07.2018
Domino im Urwald
19.07.2018
Trend-Hobby Imker
19.07.2018
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung