Spielend neue Enzyme designen

Beim Anschauen einer Szene von „Harry Potter und die Kammer des Schreckens“ wurde der Chemieingenieur Wei Shen von der Muse geküsst: Der Zauberlehrling Harry notiert dort eine Frage in ein Tagebuch. Wie von Zauberhand erscheint sofort die Antwort. Für Shen war klar, dass er solch ein  „selbstschreibendes Papier“ entwickeln will. Sein Ziel: Ein Blutgruppentest, der das Ergebnis im Klartext, für jedermann verständlich anzeigt. Über seine Erfolge berichten er und seine Kollegen von der australischen Monash-Universität in Clayton nun Mitte April in einem Artikel im Fachjournal Angewandte Chemie.  

Das zehn mal zehn Zentimeter große Papier ist mit Antikörpern gegen die Blutgruppenantigene A und B (AB0-System) sowie gegen den Rhesusfaktor (+/- bzw. D/d-System) getränkt. Die Anwendung ist denkbar einfach: Über das weitestgehend wasserabweisende Papier wird ein Tropfen Blut gestrichen. In vier Aussparungen befinden sich die verschiedenen Antikörper. Sind die entsprechenden Antigene im Blut vorhanden, verklumpen die roten Blutkörperchen, verfangen sich in den Papierfasern und verbleiben dort auch nach einem Waschschritt mit Salzlösung. Der Clou: Die Aussparungen sind in Form von A, B, oder 0 geprägt. Da bleibt kein Interpretationsbedarf. 

Existierende Blutgruppentests sind zwar verlässlich, allerdings nicht nutzerfreundlich. Laut Shen können sie 80 Prozent der Bevölkerung nicht zuverlässig interpretieren. „Ein preiswerter, verständlicher und einfach zu nutzender Test könnte etwa bei Naturkatastrophen oder in Kampfgebieten beste Dienste leisten“, so Shen. In solchen Extremsituationen könnten dann auch weniger umfassend medizinisch ausgebildete Personen richtige Entscheidungen treffen. Das große Plus in Sachen Verständlichkeit: Die billigen Papiertests können schnell an die landeseigenen Namen für die Blutgruppen und das jeweilige Alphabet angepasst werden.

„Vergossenes Blut trocknet nie.“ Jean Rénos Rachespruch stammt aus dem Actionkracher „22 Bullets“. Auch wenn die Forschung bis jetzt noch nicht weiß, warum „Ötzi“ Opfer einer Pfeilattacke wurde, passt das Zitat dennoch auf die neueste Entdeckung an der Gletschermumie vom Hauslabjoch: Forscher aus Deutschland und Italien haben an den offenen Wunden des Steinzeit-Promis jetzt Blutspuren detektiert. Mit einem Alter von 5.300 Jahren ist das der bisher älteste Nachweis von Blut. In einer Pressemitteilung der Europäischen Akademie Bozen (EURAC) erklärten die Forscher: „Dass nach so langer Zeit noch Blutkörperchen erhalten sind, war für uns eine Riesenüberraschung“, so Albert Zink, Mitglied des Center for NanoSciences in München und Leiter des EURAC-Instituts für Mumien in Bozen. Im Fachblatt Journal of the Royal Society Interface verglichen die Forscher diese alten Blutkörperchen mit solchen von heute. „Zum Vorschein kam das Bild von roten Blutkörperchen mit der klassischen ‚Doughnut-Form’ - der gleichen Form, wie sie bei gesunden Menschen unserer Zeit vorliegt“, sagte Zink.

Für ihre Untersuchungen beschränkten sich die Forscher auf nicht-invasive Methoden. Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops konnten sie an den Blutaustrittstellen der Pfeileinschusswunde und der Schnittwunde auf der rechten Hand die Form der Blutkörperchen nachzeichnen. Dank eines Raman-Spektroskops gelang darüber hinaus noch die Identifizierung unterschiedlicher Moleküle wie zum Beispiel des Sauerstofftransportproteins Hämoglobin und des Blutgerinnungsproteins Fibrin. Momentan arbeiten die Forscher laut Zink an einem Alterungsprofil von Blut: „Ein Ansatz ist auch, irgendwann ein Tool für die Gerichtsmedizin zu entwickeln.“ Bisher sei es nämlich kaum möglich, bei Tatortuntersuchungen das exakte Alter einer Blutspur herauszubekommen.

Bereits seit März findet man sie in den Sorten Erdbeer, Kirsch, Heidelbeer-Johannisbeer und Himbeer in den Kühlregalen der Republik: die laut Eigenwerbung der Molkerei Bauer „ersten gentechnikfreien Fruchtjoghurts Deutschlands“. Jetzt bahnt sich aber Ärger an: Die aktuelle Werbekampagne mit diesem Slogan – Anzeigen gibt es in Bild, Focus und Bunte – verstimmt vor allem die Hersteller von Bio-Produkten. Gegenüber dem Werbefachmagazin Horizont.net äußerte sich Peter Röhrig, stellvertretender Geschäftsführer beim Bund Ökologische Lebensmittelwirtschaft (BÖLW), selbstbewusst: "Bio-Produkte sind schon immer gentechnikfrei. Daher ist die Aussage der Molkerei Bauer so nicht richtig und für die Verbraucher verwirrend."

Allerdings kann Bauer auf das verwendete Siegel „Ohne Gentechnik“ verweisen. Es verspricht, dass zu keinem Zeitpunkt während der Herstellung des Joghurts Gentechnik im Spiel war. Somit werden nachweislich weder die Milchkühe mit gentechnisch veränderten (gv) Pflanzen gefüttert, noch kommen gv-Joghurtkulturen oder gv-Früchte in den Pappbecher. Obwohl es das Siegel bereits seit März 2010 gibt und Bauer schon früh eine Umstellung forcierte, zog sich der Markteintritt hin. Der Grund: Lange fand sich kein Zuckerlieferant, der Gentechnikfreiheit garantieren konnte beziehungsweise wollte.

Und genau hier sieht sich Bauer im Recht. Verglichen mit Bio-Siegeln sind die Anforderungen für das "Ohne Gentechnik"-Label etwas strenger. Nicht nur das Endprodukt, sondern die gesamte Produktionskette muss frei von Gentechnik sein. Das Zugeständnis an die Kritiker der Anzeigenkampagne bleibt daher nur an der Oberfläche: Statt mit „gentechnikfrei“ zu werben, wird in Zukunft „ohne Gentechnik“ zu lesen sein. Damit ist Bauer zumindest aus juristischer Sicht auf der sicheren Seite.

Ab sofort steht die neue "My Genome" App zum Download bereit. Das kündigte Illuminas Vorstandschef Jay Flatley am 25. April an. Die kleine Anwendung kostet 99 US-Cent und wurde speziell für Smartphones und Tablets entwickelt. Anders als der Name vermuten lässt, kann man jedoch noch nicht seine eigenen Gendaten (sofern man sie kennt) hochladen. Stattdessen findet sich neben dem Referenzgenom noch das Genom des Chefs des Unternehmens persönlich. Flatleys Daten können so mit der Referenz verglichen werden. Im Untermenü „Genome Map“ soll man auf Wanderschaft durch die Chromosomenwelt gehen können: Wo liegen einzelne Gene? Welche Auswirkungen haben genetische Varianten auf mögliche Gesundheitsrisiken?

Noch ist die "My Genome" App nicht mehr als eine Spielerei. In Zukunft sollen Benutzer aber auch die eigenen Gendaten analysieren können, nachdem diese durch Illumina sequenziert wurden. Das Schlagwort lautet „Personalisierte Medizin“. So könnten Ärzte mit Blick auf das Patientengenom entscheiden, welche Therapieoption die besten Heilungschancen verspricht. Jay Flatley ist dabei besonders auf die gelungene grafische Umsetzung stolz: „Diese erste Version gibt uns einen Einblick in etwas, das ein Standardwerkzeug für das Krankenhaus werden könnte. Durch die verständliche Darstellungsweise wird die Kommunikation über die Gendaten zwischen Arzt und Patient verbessert.“

Es war eine Fleißarbeit par excellence: Der Gynäkologe Adam Ostrzenski vom Institut für Gynäkologie in St. Petersburg in Florida hat die vordere Scheidenwand einer 83-jährigen polnischen Frau Schicht um Schicht präpariert. Die anschließende histologische Analyse ergab dann für ihn dann zweifelsfrei: Der G-Punkt ist eine klar abgegrenzte Struktur von 8,1 mm Länge, 1,5 bis 3,6 mm Breite und 0,4 mm Tiefe. Er scheint aus anschwellbarem Gewebe zu bestehen und besitzt offensichtlich keine Drüsen. Die Studie Ostrzenskis ist am 25. April im Journal of Sexual Medicine erschienen. Soweit, so gut. Und soweit eine kleine Sensation, denn seit der Erstbeschreibung im Jahre 1950 durch Ernest Grafenberg – nach ihm wurde der G-Punkt später auch benannt – herrscht Unklarheit, ob und wo genau er existiert und wie stark er von Frau zu Frau ausgeprägt ist.  

Die Tinte ist kaum trocken, schon entspinnt sich eine Diskussion über die Arbeit. Ein im Manuskript erwähntes „G-Punkt-Gen“ entpuppt sich bei genauer Betrachtung als eine Verwechslung. Ostrzenski nimmt irrtümlicherweise Bezug auf andere G-Punkte. Vierergruppen der DNA-Base Guanin werden nämlich ebenfalls als „G-Spots“ bezeichnet. Jene DNA-Abschnitte können die Analyse von Microarray-Daten verkomplizieren – und haben rein gar nichts mit dem weiblichen Lustempfinden zu tun. Allein diese Entdeckung ist für den Autor – und auch die Gutachter – peinlich genug.  

Doch auch aus methodischer Sicht ergeben sich Zweifel. In einem Blogbeitrag auf der Webseite des Scientific American fragt sich Ricki Lewis, ob denn eine Einzelfallstudie ein geeigneter Ansatz sei, eine neue Körperregion zu beschreiben: „Solche Fallstudien sind bei seltenen Krankheiten O.K. Wenn aber die Entdeckung eines neuen Körperteils – wie sagen wir beispielsweise der Milz – verkündet wird, so sollte man doch besser mehrere Körper untersucht haben.“ Noch obskurer wird es, wenn sich Petra Boyntons Entdeckung als richtig herausstellt: Ostrzenski betreibt eine Praxis für kosmetische Gynäkologie. Die Bloggerin fand heraus, dass er Weiterbildungen für andere Ärzte anbietet. Die Themen „G-Punkt-Vergrößerung mit Fett“ oder „chirurgische G-Punkt-Vergrößerung“ lassen auf handfeste finanzielle Interessen schließen. Kein Wort davon in seiner Publikation.

Ob die Idee bei Blümchenkaffee und Eierschecke geboren wurde? Die Leipziger Biotech-Firmen Bioplanta GmbH und Vita 34 AG wollen in der sächsischen Großstadt eine Kryobank für Pflanzen aufbauen. Beide Unternehmen sitzen im selben Gebäude. Da liegt es nahe zu denken, dass das Projekt in einem Pausenraum seinen Anfang nahm. Am 24. April wurde es jedenfalls öffentlich vorgestellt. Auch die erste Geldspritze ist bereits gesichert: Die Sächsische Aufbaubank bewilligte 500.000 Euro für diese klirrend kalte „Arche Noah“.  

Eine ähnliche Tiefkühltruhe gibt es schon auf Spitzbergen (Norwegen). Diese hat sich auf Samen seltener Nutzpflanzen spezialisiert. Da diese nur bei „warmen“ minus 18 Grad Celsius aufbewahrt werden, müssen sie regelmäßig erneuert werden: Die Keimfähigkeit nimmt bei dieser Temperatur nämlich mit der Zeit ab. Die Leipziger wollen hingegen Pflanzengewebestückchen für mehrere tausend Jahre einfrieren – und zwar bei noch niedrigeren Temperaturen. Vita-34-Vorstandschef Eberhard Lampeter verweist auf den Vorteil: „Bei minus 190 Grad finden keine nennenswerten Alterungsprozesse mehr statt.“ Bioplanta-Geschäftsführer André Gerth ergänzt: „Aus einer dieser winzigen Pflanzenproben können wir heute etliche komplette Pflanzen klonen.“ Auch die Leipziger wollen sich zunächst auf vom Aussterben bedrohte Kulturpflanzen konzentrieren. Dabei interessieren sie besonders jene Arten, deren Saatgut schlecht lagerbar ist.  

Beide Unternehmen bringen jeweils ihre Kernkompetenz in das Kryobank-Projekt ein: Die Nabelschnurblutbank Vita 34 kennt sich mit der Kältekonservierung aus, das Bioreaktor-Unternehmen Bioplanta hat Erfahrung im Umgang mit Pflanzen. In der Anlaufphase soll zunächst ein einfaches Versuchsprotokoll für das Einfrieren und anschließende Auftauen des Gewebes etabliert werden. Außerdem sollen sogenannte Vitalitätsmarker identifiziert werden. Je mehr dieser Gene beziehungsweise Proteine im Ausgangsgewebe vorkommen, desto besser eignet es sich für die Kryokonservierung.

Eine Gefriertruhe auf Rädern zur Sicherung von Stammzellen bedrohter Tierarten gibt es übrigens auch schon.

Man nehme ein paar Stammzellen und einen Nylonfaden und setze sie auf die Haut. Das Ganze lasse man zwei bis fünf Wochen ruhen. Das Ergebnis: Haare, wo vorher keine waren. Wenn auch etwas vereinfacht beschrieben, auf ähnliche Art und Weise haben Forscher der Tokyo University of Science im japanischen Chiba auf den Köpfen nackter Mäuse neue Haare wachsen lassen. Bei bisherigen Transplantationsansätzen wurden komplette Haarfollikel von einer Hautregion auf eine andere verpflanzt. Bei der neuen Methode sind es hingegen im Labor gezüchtete „in-vitro“-Haarfollikel, die auf die Haut „gesät“ werden. Die Nylonfäden geben ihnen die richtige Wuchsrichtung vor. Wie die Forscher in einem Nature-Communications-Artikel vom 17. April berichten, spross aus stolzen 94% der eingepflanzten Ingenieurs-Follikel dann auch ein Haar. Haaraufbau und Wachstumszyklus glichen denen normaler Follikel. Darüber hinaus verknüpften sich jene Follikel auch erfolgreich mit Nerven und Muskeln: Nach einer Stimulation mit dem Neurotransmitter Acetylcholin standen den Mäusen die neu entstandenen Haare „zu Berge“.

Für die Herstellung der Follikel werden epitheliale und mesenchymale Zellen benötigt. Die Japaner gewannen diese auf dreierlei Weise: Zunächst isolierten die Wissenschaftler sie aus Mausembryonen, später auch aus erwachsenen Mausgeweben. Schlussendlich nahmen sie noch Zellproben von der Kopfhaut glatzköpfiger Menschen – und auch aus diesen Zellen konnten die Forscher Follikel bilden, die  nach der Transplantation auf die haarlosen Mausköpfe dort neue Haare sprießen ließen. So reizvoll und vielversprechend die neue Methode aber auch sein mag, Aufwand und Nutzen stehen noch lange nicht in einem guten Verhältnis: Die Zahl neuer Haare reicht bei weitem noch nicht aus, um Geheimratsecken, Tonsurglatzen und Co. deckend zu kaschieren.

Einen anderen Ansatz – ganz ohne Zelltherapie – verfolgen Forscher aus Philadelphia.

Die bekanntesten Nukleinsäuren sind zweifelsohne DNA und RNA – ohne sie gäbe es das Leben auf der Erde nicht. Ein Team um Philipp Hollinger und Vitor Pinheiro hat jetzt ein Molekül, die Xenonukleinsäure (XNA), entwickelt, das sich ganz wie die natürlichen Vorbilder replizieren kann. Die Forscher des Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology in Cambridge (Großbritannien) glauben, dass ihre Erkenntnisse auch Auswirkungen auf die Vorstellungen von außerirdischem Leben (Exobiologie) haben werden. Am 20. April wurde ihr Forschungsartikel im Wissenschaftsmagazin Science der Öffentlichkeit vorgestellt.  

Die gewählte Vorsilbe „xeno“ bedeutet soviel wie fremd. Das R in RNA und das D in DNA stehen für die jeweiligen Zuckerbestandteile dieser Nukleinsäuremoleküle – und genau den haben die Forscher nun ersetzt. Unter den sechs neu entwickelten Zuckervarianten sind auch solche, die größer oder kleiner als die natürlich vorkommenden sind. Bei einer Variante haben die Forscher sogar ein Fluor-Atom eingebaut. Eine Nukleinsäure mit solch einem Atom gab es vorher noch nie. Davon abgesehen blieben die anderen Bestandteile der neuen Nukleinsäure aber unverändert. Die XNA besitzt daher auch weiterhin die vier Basen Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin.  

Die wirkliche Überraschung ist jedoch, dass es den Biologen gelungen ist, ein Enzym zu erschaffen, dass sowohl XNA lesen und DNA daraus herstellen, als auch DNA lesen und XNA herstellen kann. Die genetische Information, die in der Basensequenz des XNA-Moleküls kodiert ist, kann also – ganz genauso wie bei DNA und RNA – vervielfältigt und weitergegeben werden. Für Hollinger eine große Sache: „Vererbung und Evolution sind Kennzeichen des Lebens. Wir konnten zeigen, dass sie reproduzierbar und in alternativen Molekülen als der DNA und der RNA umsetzbar sind.“ Das deutet darauf hin, dass mögliches Leben auf anderen Planeten nicht auf DNA- oder RNA-Molekülen basieren muss.

Von wegen „Alle Vögel sind schon da“! Zumindest in der nördlichen Oberrheinebene mussten die Kinder im vergangenen Jahr bei dem beliebten Kinderlied improvisieren. Durch den erstmaligen Ausbruch des durch Stechmücken übertragenen Usutu-Virus in Deutschland kam es zu einem Massenvogelsterben. Besonders betroffen war dabei die Amsel. So gingen in Rheinland-Pfalz die Bestände um 50 Prozent zurück. Für dieses Jahr kann der Leiter der Kommunalen Aktionsgemeinschaft zur Bekämpfung der Stechmückenplage (KABS) Norbert Becker keine Entwarnung geben: „Wir haben bewiesen, dass das Usutu-Virus in einheimischen Stechmückenarten überwintert hat. Im Frühsommer könnten also wieder Amseln infiziert werden.“ In einem am 19. April veröffentlichten Appell wenden sich  die Wissenschaftler der KABS Heidelberg, des Naturschutzbundes Deutschland (NABU) und des Bernhard-Nocht-Institutes für Tropenmedizin (BNI) in Hamburg an die Bevölkerung. Mit einer Reihe von Maßnahmen könne man den wahrscheinlichen Virus-Ausbruch entscheidend eindämmen.  

Zum einen sollten infizierte Vögel unverzüglich gemeldet werden. Im Internet kursiert eine Anleitung, wie man betroffene Vögel erkennt, wie man mit den Kadavern umgeht und wohin man diese dann schicken sollte. Außerdem bitten die Forscher darum, auch etwas gegen die Mücken als Überträger des Virus zu tun. Um die Vermehrung der Insekten zu verhindern, sollten zum Beispiel alle unnötigen Wasseransammlungen wie gefüllte Eimer, Vasen oder Regenwasserbehälter geleert werden. 

Der Papa ist sich sicher, dass der Junior die Cleverness von ihm hat. Wissenschaftlich gesehen liegen die genetischen Hintergründe von Intelligenz aber immer noch im Unklaren. Eine internationale Mannschaft von mehr als 200 Wissenschaftlern aus 100 verschiedenen Instituten hat jetzt mit geballten Kräften versucht, einen Zusammenhang zwischen den Genen und dem Intelligenzquotienten herauszufinden. Das Ergebnis ist zwiespältig. Zwar wurde eine Genvariation entdeckt, die das Innenvolumen des Schädels beeinflusst. Aber der darüber hinaus gefundene Zusammenhang zwischen diesem Volumen und dem IQ ist nur schwach ausgeprägt. Die Studie wurde gemeinsam mit drei weiteren, auch auf den Daten des Forschungskonsortiums basierenden Publikationen am 15. April in Nature Genetics online vorab veröffentlicht.  

Die Genvariation (ein SNP beziehungsweise Einzelnukleotidpolymorphismus), die den Größenunterschied bestimmt, befindet sich in Gen HMGA2. Bei einem Cytosin (C) an der fraglichen Stelle ist der Schädelinnenraum durchschnittlich 0,58 Prozent größer als bei einem Thymin (T). Zwischen Menschen, die homozygot für das C-Allel und jenen, die homozygot für das T-Allel sind, ist das dann immerhin ein Unterschied von mehr als einem Prozent. Umgerechnet auf das Volumen ergibt das 18 Kubikzentimeter – in etwa das Volumen einer kleineren Tomate.  

Der Vergleich mit den verfügbaren IQ-Daten führte dann zu dem überraschenden Ergebnis: Die Größe scheint einen Einfluss auf die Intelligenz zu haben. Ein vorhandenes C-Allel bringt ein Plus von 1,29 IQ-Punkten. Allerdings ist dieser Zusammenhang statistisch gesehen nur schwach ausgeprägt. Ein Grund dafür liegt in der Methodik: Das Volumen des Schädelinnenraumes lässt sich dank moderner bildgebender Verfahren exakt bestimmen, die Messung des Intelligenzquotienten ist hingegen mit mehr Fehlern behaftet.