Springende Gene

Mobile genetische Elemente können Eigenschaften von Organismen verändern. Die Arbeitsgruppe von Professor Frank Kempken untersucht ihre Bedeutung für Schimmelpilze.

Wer sich vor dem Anblick von grünem oder schwarzem Schimmelflaum ekelt, wird im Labor von Kempkens Arbeitsgruppe keine Freude haben. Der Kieler Molekularbiologe kultiviert Pilzrasen von Aspergillus niger und Penicillium chrysogenum und analysiert deren Genom. »Wir interessieren uns für mobile genetische Elemente. Diese werden auch springende Gene oder Transposons genannt«, berichtet Kempken. »Das sind spezielle Abschnitte der DNA, die keine definierte Position im Genom haben, wie das sonst üblich ist, sondern ihre Position im Erbgut selbstständig verändern können.« Springende Gene können dem Organismus schaden, indem sie zum Beispiel wichtige Gene zerstören. Andererseits haben sie aber auch nützliche Funktionen. So wird angenommen, dass springende Gene maßgeblich zur genetischen Anpassung von Lebewesen an veränderte Umweltbedingungen beigetragen haben.

Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten ist, wie sich die mobilen genetischen Elemente auf die biologischen Funktionen von Schimmelpilzen auswirken. Die untersuchten Arten spielen eine wichtige Rolle in der Bio-technologie. »Bereits seit mehr als 80 Jahren nutzt man Aspergillus niger, um Zitronensäure zu gewinnen«, berichtet Kempken, der die Abteilung für Botanik mit Schwerpunkt Genetik und Molekularbiologie leitet. Penicillium chrysogenum produziert das Antibiotikum Penicillin. »Wenn man sich anschaut, wie viel Penicillin von einem Wildstamm produziert wird, dann ist das fast gar nichts, verglichen mit der Ausbeute eines Industriestammes. Die Stämme für die industrielle Nutzung wurden schrittweise verbessert. Wir haben analysiert, welchen Einfluss springende Gene auf diesen Stammentwicklungsprozess hatten.« Das Ergebnis war ernüchternd. Offensichtlich haben nicht die springenden Gene die Entwicklung der Produktionsstämme vorangebracht. Nur bei einem der beiden Pilze, und dort auch nur bei einem einzigen Transposon war ein Unterschied zu beobachten. Genau dieses Transposon soll nun als genetisches Werkzeug verwendet werden.

Das hat sich Kempkens Mitarbeiterin Ilka Braumann zur Aufgabe gemacht. In ihrer Dissertation identifiziert und charakterisiert sie Transposons und entwickelt daraus die Methode der Transposon-Mutagenese. Damit soll herausgefunden werden, welche Gene der beiden Pilzarten welche biologischen Funktionen haben. Darauf aufbauend könnten Stämme für die Produktion bestimmter Stoffe gezielt entwickelt und die Produktionsraten weiter erhöht werden. »Außerdem wollen wir verstehen, wie der Transpositionsprozess genau funktioniert, also wie das springende Gen sich bewegt, welche Schritte dabei ablaufen. Das Wissen darüber könnte man zum Beispiel dazu benutzen, um gezielt Gene aus einem Genom zu entfernen.« (ne)

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