Im Dezember hat das renommierte US-amerikanische Wissenschaftsjournal Science die zehn Forschungs-Highlights des vergangenen Jahres ausgezeichnet (1) (2) . Davon haben fünf Bezug zu medizinischen Themen oder zur biomedizinischen Forschung.


Quelle des Videos: YouTube; dort eingestellt von AllTooGreatPhysics

Wissenschaftler des Encode-Konsortiums (Encode = Encyclopedia of DNA Elements) haben herausgefunden, dass mindestens 80 Prozent des menschlichen Genoms eine Funktion besitzen und nicht – wie bis dato vermutet – sinnlose Abschnitte, sogenannte Junk-DNA – sind. Das menschliche Genom enthält rund 22.000 Gene, die ihrerseits jedoch nur circa 2 Prozent des gesamten Genoms ausmachen. Somit haben nach den neuesten Erkenntnissen weitaus mehr Teile des Genoms eine Funktion als nur die eigentlichen Gene und fungieren beispielsweise als Schalter, regulieren das An- und Abschalten einzelner Gene oder wirken sich auf die Struktur der Gene aus. Diese Erkenntnisse sind für die biopharmazeutische Forschung von großer Bedeutung, denn damit ist klar, dass nicht nur Veränderungen in den eigentlichen Genen zu Krankheiten führen können, sondern auch Veränderungen in den bisher als Junk-DNA beschriebenen Bereichen des Genoms.

Ein weiteres Forschungs-Highlight des vergangenen Jahres ist die Beschreibung einer neuen, hoch-präzisen DNA-Schere namens TALEN (Transcription Activator-like Effector Nuclease). Mit diesem molekularen Skalpell kann das Genom an einer bestimmten Stelle sehr spezifisch aufgeschnitten werden, um es dann anschließend zielgerichtet zu verändern. Forscher haben mit dieser Methode bereits ein Minischwein so verändert, dass sie daran Herzkrankheiten untersuchen können.

Ebenfalls wurde die Möglichkeit, Eizellen aus embryonalen Stammzellen zu gewinnen, als Highlight ausgezeichnet. Nachdem es japanischen Wissenschaftlern bereits 2011 gelungen war, fruchtbare Spermien aus embryonalen Stammzellen herzustellen, haben sie dies 2012 für Eizellen aus der Maus zeigen können. Dazu haben sie embryonale Mausstammzellen mit einem Mix aus verschiedenen Proteinen behandelt, so dass sich daraus Vorläuferzellen von Eizellen entwickelten. Daraus entstanden anschließend in Mäuseweibchen reife Eizellen, die ihrerseits bereits zu Nachwuchs führten. Auch wenn diese Technik für die Anwendung am Menschen nicht geeignet sei, sind diese Erkenntnisse relevant, um die Ursachen für Unfruchtbarkeit beim Menschen weiter zu erforschen.

Der vierte medizinisch-wissenschaftliche Durchbruch in 2012 fußt auf einer neuen Technologie zur Strukturaufklärung von Proteinen mit Hilfe von Röntgenlaserstrahlen. Bislang wurde dies mit Synchrotron-Röntgenstrahlen gemacht, wofür das Protein allerdings in kristallisierter Form vorliegen muss. Nicht alle Proteine – insbesondere solche, die in Zellmembranen vorkommen – lassen sich jedoch kristallisieren. Für diese Proteine haben deutsche und amerikanische Wissenschaftler nun mit Hilfe der eine Milliarde heller leuchtenden Röntgenlaserstrahlen einen Ausweg gefunden und konnten bereits die Proteinstruktur eines Enzyms beschreiben, mit dem der Parasit Trypanosoma brucei die Schlafkrankheit auslöst.

Das fünfte Highlight mit medizinischem Bezug ist für Science die Entwicklung eines Roboterarms, mit dem eine amerikanische Schlaganfallpatientin erstmals seit 15 Jahren wieder gezielt Tätigkeiten wie das Führen einer Kaffeetasse zum Mund eigenständig ausüben kann. Mithilfe eines kleinen Silikonplättchens, das ihr unter die Schädeldecke eingepflanzt wurde, wird die Aktivität ihrer Nervenzellen gemessen; die entsprechenden Signale werden weitergeleitet und in eine gezielte Bewegung des Roboterarms umgesetzt. Solchen Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine wird künftig – auch im Hinblick auf die immer älter werdende Bevölkerung – sicherlich noch deutlich mehr Aufmerksamkeit zukommen.

Ein sechstes der zehn Forschungs-Highlights des vergangenen Jahres basiert ebenfalls auf genetischen und molekularbiologischen Methoden, die es ermöglichen, fossile DNA vergleichbar genau analysieren zu können wie aus Proben heutiger Lebewesen. Mit dieser neuen Technik wurde die DNA eines Mädchens untersucht, das vor mindestens 74.000 Jahren in Sibirien gelebt hat und von der nur ein Fragment ihres kleinen Fingers vorlag. Die drei übrigen Forschungs-Highlights stammen aus den Bereichen Teilchenphysik und Raumfahrt.

Insgesamt war das Wissenschaftsjahr 2012 erneut geprägt durch Hightech-Forschung. Fünf Arbeiten der TOP 10 haben dabei einen medizinisch-naturwissenschaftlichen Bezug, was die hohe Innovationskraft und Relevanz dieses Gebiets für die Menschen unterstreicht.



Literaturtipp:
(1) http://www.sciencemag.org/site/special/btoy2012/
(2) Science 2012, Volume 338, pp. 1525-1532