Das renommierte US-amerikanische Wissenschaftsjournal Science hat im Dezember die zehn wichtigsten wissenschaftlichen Durchbrüche des Jahres 2010 gekürt (1) . Unter den TOP 10 waren acht aus dem Gebiet der Genetik und Molekularbiologie. 2010 wurde deshalb auch schon als „Jahr des Genoms“ bezeichnet.

DNA-Hintergrund (© Shutterstock / kentoh)


Die für die Life Sciences relevanten Highlights der Forschung sind:

Erstes Bakterium synthetisch hergestellt: Wissenschaftler im Team von Craig Venter haben erstmalig bei einem Bakterium das Genom entfernt und durch ein komplett künstliches Erbgut eines anderen Bakteriums ersetzt. Dieses neue Bakterium war funktions- und vermehrungsfähig. Ein Erfolgsbeispiel aus dem Gebiet der synthetischen Biologie, die beispielsweise die Produktion maßgeschneiderter Medikamente oder von Biotreibstoffen als Fernziel hat.

Zwei Drittel des Erbguts von Neandertalern analysiert: Ein Team um Svante Pääbo vom Leipziger Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie hat mit Hilfe verbesserter Sequenzierungsverfahren zwei Drittel des Erbguts von drei Neandertalerinnen entziffert. Sie fanden heraus, dass Europäer und Asiaten ein bis vier Prozent ihrer Gene vom Neandertaler geerbt haben. Nun werden vor allem die Bereiche genauer unter die Lupe genommen, die den Menschen vom Neandertaler unterscheiden und dadurch zum „modernen“ Menschen gemacht haben.

Next generation genomics: Die Fortschritte bei der Sequenzierung des menschlichen Erbguts wurden unter anderem anhand des 1000-Genomprojekts gewürdigt, das 2010 die ersten Ergebnisse lieferte und eine robuste Methode zur Nutzung der High-Throughput-Sequenzierung etabliert hat. Damit wurde auch für die bereits analysierten Genome der ersten 179 Menschen festgestellt, dass jeder Mensch 50-100 genetische Variationen aufweist, die mit verschiedenen Erbkrankheiten in Verbindung gebracht werden.

Exom-Sequenzierung: Diese Technik fokussiert ausschließlich auf die Sequenzierung der proteinkodierenden Bereiche (Exons) der Genome – des sogenannten Exoms. Mit dieser neuen Methode konnten bereits Gene gefunden werden, die ursächlich sind für mehr als ein Dutzend genetisch vererbter Erkrankungen.

Simulation der Faltung von Proteinen: Die Faltung von Proteinen in ihre dreidimensionalen Strukturen zu simulieren ist deshalb so anspruchsvoll, da selbst ein vergleichsweise kleines Protein aus nur 100 Aminosäuren drei hoch 198 Möglichkeiten der Faltung hat. Nun ist es Forschern gelungen, mit einem Supercomputer sowohl Faltung als auch Entfaltung von Proteinen zu simulieren, was Erkenntnisse liefert, die auch für die Entwicklung von Arzneimitteln essenziell sind.

Gewinnung von Stammzellen durch RNA-Moleküle: Als Alternative zur Herstellung von Stammzellen aus Embryonen konnten bereits im Jahr 2006 aus normalen Körperzellen durch die Zugabe bestimmter Gene sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) hergestellt werden. Im vergangenen Jahr haben Forscher durch die Zugabe von RNA-Molekülen RiPS (RNA-induzierte pluripotente Stammzellen) erzeugen können. Die Vorteile dieser Methode: schnellere und effizientere Reprogrammierung.

Die ersten Knockout-Ratten: Im letzten Jahr wurden die ersten Knockout-Ratten erzeugt, bei denen bestimmte Gene abgeschaltet worden sind. Bisher war diese Technik nur bei Mäusen möglich und kam erfolgreich zum Einsatz, so beispielsweise als Modelle für bestimmte menschliche Erkrankungen. Da Ratten dem Menschen genetisch ähnlicher sind als Mäuse, könnten Knockout-Ratten dieses Armamentarium sinnvoll erweitern.

Ein neuer Ansatz zur Prävention von HIV/AIDS: In Studien mit einem Vaginalgel bzw. einem oralen Präparat konnte das Risiko der Infektion mit HIV deutlich gesenkt werden. Dieser Ansatz bietet eine neue Perspektive im Kampf gegen das HI-Virus.

An erster Stelle der ansonsten ungewichteten Liste der Highlights aus der Forschung steht die Quantenmaschine, die nach Meinung von Science das beeindruckendste 2010er-Forschungsergebnis darstellt. Die Quantenmaschine ist so groß wie ein menschliches Haar dick ist. Sie soll genutzt werden, um die Grenzen der Quantentheorie zu erforschen und um zum Beispiel besonders empfindliche Bewegungssensoren zu entwickeln. Zusätzlich zählt außerdem der Quantensimulator zu den wissenschaftlichen Durchbrüchen des vergangenen Jahres.

Alles in allem war das wissenschaftliche Jahr 2010 geprägt durch Hightech-Forschung. Dass aus den TOP 10-Highlights der Wissenschaft acht Durchbrüche aus dem Bereich der Genetik und Molekularbiologie stammen, zeigt erneut die hohe Innovationsdynamik dieser Disziplinen und spiegelt ihr großes Potenzial für die Behandlung von Krankheiten wider.


Literaturtipp:
(1) Breakthrough of the Year, Science, 2010, Volume 330, pp 1605-1607