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DNA-Reparatur : Chemie-Nobelpreis für Erbgut-Forscher

  • Aktualisiert am

Genmaterial im Agarosegel. Bild: Picture-Alliance

Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an die drei Wissenschaftler Tomas Lindahl (Schweden), Paul Modrich (Amerika) und Aziz Sancar (Amerika/Türkei). Sie werden ausgezeichnet für ihre Arbeiten zur Reparatur des Erbguts.

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          Der Chemie-Nobelpreis wird in diesem Jahr an Tomas Lindahl (Schweden), Paul Modrich (Amerika) und Aziz Sancar (Amerika/Türkei) für Arbeiten zur Erbgut-Reparatur  verliehen. Das teilte das Karolinska-Institut am Mittwoch in Stockholm mit. Die höchste Auszeichnung für Chemiker ist mit umgerechnet 850.000 Euro (8 Millionen Schwedischen Kronen) dotiert.

          Die Mechanismen der DNA-Reparatur ermöglichen es Zellen,  Schäden im  Erbmolekül zu erkennen und zu beheben. Solche Defekte können spontan im Verlauf der DNA-Replikation (Vervielfältigung) oder durch die Einwirkung von krebserregenden Substanzen, extremer Hitze oder ionisierender Strahlung verursacht werden. Und selbst ohne solcher Attacken ist die DNA grundsätzlich ein instabiles Gebilde – trotz ihrer immensen Bedeutung: Denn sämtliche Informationen zur Funktion und zum Aussehen eines Lebewesens sind in ihr gespeichert.

          DNA - ein fragiler Informationsspeicher

          Beim Menschen sind es 23 väterliche und 23 mütterliche Erbgutabschnitte, die in der befruchteten Eizelle zusammenfinden. Aus dieser etwa zwei Meter langen Basis-DNA entsteht in etlichen Milliarden Zellteilungen eine immense Menge Erbmaterial, das aneinandergefügt rund 250 Mal zur Sonne und wieder zurückreichen würde. Das verdeutlicht: Unzählige Male im Laufe eines Lebens wird unsere DNA verdoppelt und weitergegeben – und doch ähnelt die letzte Version genau derjenigen am Anfang unseres Lebens.

          DNA-Schäden können dazu führen, dass die Vervielfältigung des Erbinformationsträgers im Zuge der Zellteilung  falsch verläuft, Proteine nicht mehr oder nicht korrekt synthetisiert werden oder wichtige Abschnitte der Chromosomen nach Doppelstrangbrüchen abgeschaltet werden und dadurch keine Funktion mehr ausüben können.

          Haben die komplexen Reparaturmechanismen der Zelle keinen Erfolg, so sammeln sich in den betroffenen Zellen so viele Fehler an, dass die normalen Zellfunktionen gestört sind. In einer Keimzelle wären die Tochterzellen nicht mehr lebensfähig, was zu einer Inaktivierung der Zelllinie führt. Die frisch gekürten Chemie-Laureaten, Lindahl, Modrich und Sancar haben herausgefunden, wie Zellen in der DNA aufgetretene Defekte selbständig reparieren.

          Fehlerbegrenzung im Erbgutstrang

          In den frühen 1970er Jahren waren Wissenschaftler noch überzeugt, dass die DNA ein extrem stabiles Gebilde ist. Lindahl demonstrierte, dass das Molekül für sich genommen so rasch verfällt, dass die Entstehung des Lebens auf der Erde eigentlich hätte unmöglich sein müssen. Schließlich wird das fragile Erbgut von Generation zu Generation weitergegeben, floss von Körper zu Körper, seit Hunderttausenden von Jahren. Wie brachten die Organismen das Wunder fertig, eine überraschend intakte DNA zu behalten?

          Tomas Lindahl fand eine erste Antwort: Es gab in den Zellen eine Art Werkstatt speziell für das Erbgut. 1974 beschrieb er die grundsätzliche Funktionsweise der sogenannten Base Excision Repair (Basen-Exzisions-Reparatur). Der Mechanismus ermöglicht der Zelle, einen fehlerhaften DNA-Baustein (Nukleotid)zu entfernen und korrekt zu ersetzen. Mehrere Enzyme bearbeiten dabei den DNA-Strang. Sie schneiden schließlich das falsche Nukleotid aus und schließen die Lücke im Erbgut mit dem Richtigen. Ohne eine solche Korrektur würde sich der DNA-Fehler in immer mehr Zellen ausbreiten.

          Der Werkzeugkasten der Zelle

          Die Nucleotide Excision Repair (Nukleotid-Exzisions-Reparatur) läuft im Prinzip ähnlich ab. Mit ihr wehrt sich die Zelle gegen UV-Schäden auf einem Teil des DNA-Strangs. Der Türke und US-Amerikaner Sancar beschrieb den Mechanismus dazu. Spezielle Enzyme schneiden das Stück aus und ersetzen es. So kann die Zellteilung – und die damit verbundene Verdopplung der DNA – reibungslos ablaufen.

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