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Tutorial MenueNucleinsäurenLerneinheit 1 von 3

Historisches zur DNA

Erste Synthesen von Nucleosiden und Oligonucleotiden

Nachdem die Bedeutung der DNA und ihre chemische Struktur bekannt war, wagte sich als Erster Lord Alexander Todd daran, die einzelnen Nucleotide zu synthetisieren. Bald danach begann auch H. Gobind Khorana mit der Synthese von Oligonucleotiden. Beide mussten zuerst die Chemie der Phosphorsäure-Ester erforschen. Ihre grundlegenden Arbeiten wurden jeweils mit dem Nobelpreis belohnt (Todd 1957 und Khorana 1968). Die Synthese der DNA blieb ein mühsames Geschäft, bis man die automatische DNA-Synthese nach dem Merrifield-Verfahren erfand. Der technische Fortschritt ist auch dabei unaufhaltsam. Heute gelingt die Synthese ganzer Gene offenbar problemfrei. In der Kombination mit der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) lassen sich große Menge von sog. Oligonucleotiden herstellen. Heute genügt der Monatslohn eines Doktoranden und das Ausfüllen eines Bestellscheins. Mehrere kommerzielle Anbieter sind auf dem Markt.

Quasi mit der Formulierung des "Zentralen Dogmas“ durch Francis Crick war klar, dass in der Synthese von Nucleinsäure-Analoga ein großes Wirkstoffpotential liegen würde. Große Erwartungen wurden in die Entwicklung von Cytostatika und Virostatika gesteckt – also in Arzneimittel, die das Wachstum von Zellen oder Viren behindern sollten. Nur wenige Mononucleotide haben sich als wirksam erwiesen. Die meisten waren deutlich zu giftig. (Abb. 1) zeigt zwei so genannte Leitstrukturen. Das 5-Fluor-desoxyuridin hemmt die Synthese des Thymidins und wird zur Chemotherapie verwendet. Die Didesoxynucleotide sind die wichtigsten Arzneimittel gegen AIDS. Sie werden außerdem intensiv bei der DNA-Sequenzierung eingesetzt (siehe unten).

Abb.1
Nucleoside als Medikamente und technisches Hilfmittel.

Ein weiterer Meilenstein bei der Charakterisierung der DNA war die Entdeckung der Restriktionsenzyme durch Werner Arber. Jetzt endlich konnte man das unvorstellbar große Molekül chemisch untersuchen. Sehr schnell nach der ersten Isolierung definierter Stücke von DNA gelang es zwei Arbeitsgruppen, Methoden zur Sequenzanalyse zu entwickeln. Beide Gruppen lösten das Problem der sich dauernd wiederholenden Mononucleotide, indem sie nur unvollständige (partielle) Reaktionen entwickelten. Walter Gilbert bekam den Nobelpreis für den partiellen chemischen Abbau, Frederick Sanger für den partiellen enzymatischen Aufbau unter Verwendung von Kettenabbruch-Reagenzien (Abb. 1) . Heute liest man quasi jede Woche von einem anderen Organismus, dessen Genom entschlüsselt wurde. Dazu gehören der Mensch, die Maus, das Huhn, die Taufliege, die Pappel, die Modellpflanze Arabidopsis, Hefe und zahlreiche Bakterien aus allen Bereichen. Heute können wir zwar das Genom lesen, nur verstehen können wir es noch nicht.

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