WATV.org is provided in English. Would you like to change to English?

DNA, der Bauplan des Lebens

605 Zugriffe

„Heute lernen wir die Sprache, in der Gott das Leben geschaffen hat. Wir gewinnen immer mehr Ehrfurcht vor der Komplexität, der Schönheit und dem Wunder von Gottes göttlichstem und heiligstem Geschenk.“

Am 26. Juni 2000 wurde ein erster Entwurf des menschlichen Genoms veröffentlicht. Der damalige US-Präsident Clinton verkündete mit der obigen Aussage den Abschluss des ersten Entwurfs des Humangenomprojekts, das im letzten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts das größte Thema in der Wissenschaft war. Werfen wir einen Blick auf das Geheimnis der menschlichen Gene, das viele Menschen in Erstaunen versetzt hat.

Gene, der Schlüssel zum Geheimnis

Genom ist ein zusammengesetztes Wort aus Gen und Chromosom und bezeichnet die gesamte genetische Information eines lebenden Organismus. Die Fertigstellung des ersten Entwurfs des menschlichen Genoms bedeutete, dass der vollständige Bauplan unseres Körpers sichtbar geworden ist. Dies weckte bei den Menschen die Erwartung, dass die Entschlüsselung eine epochale Rolle im Bereich der Biowissenschaften spielen würde, z. B. bei der Erfindung neuer Medikamente, der Vorhersage künftiger Krankheiten oder der Verhinderung unheilbarer Krankheiten durch Gentherapie. Dr. Francis Collins, der das Humangenomprojekt leitete, nannte dies die „Sprache des Lebens“.

Jede menschliche Zelle enthält 23 Paare von Chromosomen. Ein Chromosom ist ein DNA-Molekül, das Gene enthält, die wie ein Faden fein aufgerollt sind. Es ist von Mensch zu Mensch verschieden, aber in jedem menschlichen Körper hat jede Zelle den gleichen Chromosomensatz. Wenn man alle x-förmigen Chromosomen aufdröselt, ist die DNA über zwei Meter lang, aber diese lange DNA ist in einem Zellkern, der nur 4 μm groß ist, sehr fein gefaltet.

Die DNA, aus der die Gene bestehen, ist ein sehr kleines Material, dessen Struktur erst in den 1950er Jahren entdeckt wurde. Ihre Form ist jedoch erstaunlich raffiniert. Das DNA-Molekül hat die Form einer spiralförmigen Leiter, die aus zwei Ketten besteht, die eine Doppelhelix bilden, und es speichert genetische Informationen mit den Basensequenzen, die die Stufen der Leiter darstellen. Es gibt vier Basen: Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin. Sie werden normalerweise mit ihren Anfangsbuchstaben bezeichnet: A, T, C und G. A und T sowie C und G sind komplementär, da sie immer paarweise kombiniert werden. Aus diesem Grund kann eine DNA, selbst wenn sie in zwei Hälften geschnitten und eine Seite entfernt wird, wiederhergestellt werden, da die Information auf der anderen Seite erhalten bleibt.

Die Gesamtlänge des menschlichen Genoms beträgt über 3 Milliarden Basenpaare. Das würde über 95 Jahre dauern, selbst wenn man jedes einzelne Basenpaar im Sekundentakt lesen würde, ohne Tag und Nacht eine Pause einzulegen. Wenn man alle Sequenzen der DNA-Basen ausdrucken würde, wobei jede A4-Seite 2.000 Zeichen hat, würde man etwa 1,5 Millionen Seiten ausdrucken, und der Stapel aller Seiten wäre etwa 225 Meter hoch.

Der älteste Informationsspeicher

Die Art und Weise, wie die DNA genetische Informationen speichert, ist der Art und Weise sehr ähnlich, wie Computer digitale Informationen speichern. Computer arbeiten im Binärsystem, einem numerischen System, das nur zwei Ziffern verwendet: 0 und 1. Das liegt daran, dass Computer den Zustand des nicht fließenden Stroms als 0 und den Zustand des fließenden Stroms als 1 erkennen. Die DNA speichert alle genetischen Informationen mit vier Basen, was sie ähnlich wie ein quaternäres System macht und die Kompatibilität mit verschiedenen Informationsspeichermedien ermöglicht.

Digitale Daten werden auf Medien wie CDs oder Festplatten aufgezeichnet. Sie haben jedoch einen Nachteil: Sie müssen regelmäßig neu aufgezeichnet werden, da ein erheblicher Teil der Daten nach Jahrzehnten unweigerlich beschädigt wird. Außerdem werden leistungsfähigere Datenspeicher benötigt, da in der heutigen Zeit eine enorme Datenmenge produziert wird. Es wird vorausgesagt, dass die Menge der digitalen Daten im Jahr 2020 etwa 44 Zettabyte betragen wird. Dies ist eine gewaltige Zahl, die 44 Billionen Gigabyte entspricht.

Im Gegensatz dazu ist die DNS ein stabiles Material, das die gespeicherten genetischen Informationen sogar für Zehntausende von Jahren bewahren kann. Ein Gramm DNA hat eine astronomische Anzahl von Basen, nämlich etwa 1021. Umgerechnet in Speicherplatz entspricht dies 1 Milliarde Terabyte. Auf einem so kleinen Raum wie einem Molekül kann eine enorme Menge an Informationen für eine sehr lange Zeit sicher gespeichert werden.

Um die Schwächen der Speichermethode digitaler Informationen zu ergänzen, wird derzeit aktiv erforscht, ob die DNA als Mittel zur Speicherung von Informationen verwendet werden kann oder nicht. Das Europäische Bioinformatik-Institut [EBI] gab bekannt, dass es 739 Kilobyte verschiedener Datentypen wie Sprach-, Bild- und Textdateien durch Umwandlung in Basensequenzen erfolgreich in einen DNA-Code codiert hat. Außerdem konnten sie die Originaldateien rekonstruieren.

DNA, der Code des Lebens

Alle lebenden Organismen auf der Erde leben und geben ihren Nachkommen Leben durch die gemeinsame Sprache namens DNA. Wie entstehen aus den DNA-Codes der Basen, die man scheinbar nicht verstehen kann, unsere Knochen und unser Fleisch? Die DNS, der Bauplan für die Proteine, aus denen unser Körper besteht und die zu den Aktivitäten des Lebens beitragen, wird kopiert, um der Protein-Baumaschine genetische Informationen zu liefern. Da die DNA wichtige Informationen enthält, die nicht beschädigt werden dürfen, verlässt sie den Zellkern nicht. Stattdessen kopiert sie nur die notwendigen Teile und sendet sie aus.

Sie können sich leicht vorstellen, wie die DNA kopiert wird, wenn Sie sich einen kaputten Reißverschluss vorstellen, der in der Mitte offen ist. Nachdem die DNA-Basen getrennt wurden, wird sie von Enzymen auf einen Strang Ribonukleinsäure [RNA] kopiert. Diese wird Boten-RNA [mRNA] genannt. Die DNA ist wie das Originalbuch, das nicht ausgeliehen werden kann, und die mRNA ist wie eine Kopie einiger Seiten dieses Originalbuchs. mRNA, die eine Kopie der DNA ist, wandert aus dem Zellkern heraus und in den Mund der Ribosomen, die Proteinbaumaschinen sind.

Die Ribosomen kombinieren die entsprechenden Aminosäuren entsprechend der genetischen Information der mRNA und stellen so ein Protein her. Die Reihenfolge der Basensequenzen ist die genetische Information. Drei Basensequenzen fungieren als ein Code, der bestimmte Aminosäuren festlegt. Die DNA-Basensequenz ATG zum Beispiel kündigt den Beginn der Proteinsynthese an und bringt eine Aminosäure namens Methionin mit.

Da drei Basen zusammenkommen und eine Aminosäure ernennen, ergibt sich eine Gesamtzahl von 64 Codes. Es gibt mehr als 20 Arten von Aminosäuren, die Bestandteile des Proteins sind. Manchmal sind also verschiedene Codes für dieselbe Aminosäure zuständig. Die Basensequenzen der DNA – GGG, GGC, GGA und GGT – codieren dieselbe Aminosäure, nämlich Glycin. Auf diese Weise entstehen verschiedene Arten von Proteinen, die über Funktionen und Beschaffenheit der Zelle entscheiden.

Am 14. April 2003 wurde schließlich bekannt gegeben, dass die Karte des menschlichen Genoms mit einer Genauigkeit von 99,99 % fertiggestellt wurde. Doch die Wissenschaftler, die überzeugt waren, das Geheimnis alles Lebendigen entdeckt zu haben, wurden bei der Interpretation der vervollständigten DNA-Basensequenzen durch ein unerwartetes Ergebnis verblüfft. Sie hatten mit über 100.000 Genen gerechnet, aber es waren nur etwa 30.000, und etwa 98 % davon waren Informationen, deren Bedeutung für die Herstellung von Proteinen nicht gefunden werden konnte. Sie dachten, sie hätten die Antwort gefunden, aber es war wie ein weiterer Test.

Dr. Robert Waterston, der an dem Projekt beteiligt war, sagte: „Wir haben den Befehlssatz vor uns, der jeden von uns vom einzelligen Ei über das Erwachsenenalter bis ins Grab begleitet. Er ist in einer geheimnisvollen Sprache geschrieben und umfasst eine Komplexität, die wir gerade erst zu verstehen beginnen.“

Man geht davon aus, dass diese DNA, die wegen ihrer ständigen Erforschung auch als Junk-DNA bezeichnet wird, eine gewisse Rolle bei der Entstehung des Lebens spielt, doch ist noch kein detaillierter Mechanismus genau entdeckt worden. Es wird auch aktiv geforscht, um die Funktionen einzelner Gene zu untersuchen und die Struktur der aus der DNA hergestellten Proteine aufzudecken, damit sie zur Behandlung und Vorbeugung von Krankheiten eingesetzt werden können. Die „postgenomische Ära“ zur Interpretation der in der DNA enthaltenen Sprache des Lebens hat begonnen.

In den letzten 400 Jahren hat sich die Geschichte der Biologie weiterentwickelt. Ausgehend von der Anatomie haben wir uns mit Physiologie, Embryologie und Biochemie befasst, und jetzt sind wir an einem Punkt angelangt, an dem wir in die Zellen schauen und die in den Genen enthaltenen Informationen lesen und interpretieren. Die Biowissenschaft, die durch den Abschluss des Humangenomprojekts einen Schritt nach vorne gemacht hat, schien die menschlichen Gene vollständig erobert zu haben. Doch je mehr wir über die scheinbar so einfache Doppelhelix der DNA lernten, desto schwieriger wurde es, sie zu verstehen.

Viele Menschen machen den Fehler, die Natur und den Menschen nur mit wissenschaftlichen Erkenntnissen zu verstehen und sie als einfache Dinge zu betrachten. Die Wissenschaft beweist jedoch die Existenz des Schöpfers durch das Prinzip aller Dinge und die Komplexität und Vollkommenheit der Ordnung, die in ihnen enthalten ist.