Ein neues Wort in der Sprache des Lebens

News: Ein neues Wort in der Sprache des Lebens

Lange galt, dass in der DNA nur die Information für zwanzig verschiedene Aminosäuren hinterlegt ist. Ein vor Jahren entdeckter einzelner Abweichler, die 21. codierbare Aminosäure, wurde zunächst als ausreißende Bestätigung der Regel betrachtet - nun ist aber gar eine 22. gefunden worden. Ein Grund, althergebrachtes Wissen über Bord zu werfen?

Jan Osterkamp

Der genetische Code der DNA ist eine verblüffend einfache Sprache, bedenkt man, dass er die Bauanleitungen für eine Unzahl verschiedener Proteine ausgedrücken kann. Aus nur vier organischen Basen, den Buchstaben der genetischen Universalsprache, werden die 64 möglichen drei-buchstabigen Wörter, oder Codons, ihres Vokabulars gebildet.

Viele dieser Wörter, so fand man schon vor langem heraus, sind synonym, und so bleiben der DNA-Sprache letztlich nur 21 Wörter mit Bedeutung: 20 davon sind Codewörter für die 20 unterschiedlichen Bausteine, aus denen ein Protein gebildet werden kann – den Aminosäuren. Die Reihenfolge dieser DNA-Codons bestimmt dann beim Bau eines Proteins die Aufeinanderfolge der Aminosäure-Bausteine. Bleibt ein besonderer Befehl, der dem zellulären Proteinsyntheseapparat das Ende einer Proteinkette signalisiert – ein Stopp-Codon.

Nun gibt es zwar in der Natur durchaus mehr als 20 Aminosäuren, diese potenziellen Eiweißbausteine werden aber nie in entstehenden Proteine verwendet. Ist dennoch einmal eine exotische Aminosäure notwendig, so muss die Zelle sich mit nachträglichen Umbauarbeiten am fertigen Protein behelfen.

So dachte man zumindest fast 30 Jahre lang, seitdem der genetische Code in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts entschlüsselt worden war. Doch dann wurde vor einiger Zeit eine 21. Aminosäure entdeckt, Selenocystein, deren Einbau mit einem besonderen zellulären Trick erreicht werden kann – dem beschränkten Vokabular des genetischen Codes zum Trotz.

Eine wichtige Rolle spielt dabei das Stopp-Codon, also jenes Signal, welches das Ende einer Proteinbauanleitung signalisiert. Es wird im Normalfall von den Bausteinlieferaten der Proteinsynthese, den so genannten t-RNAs, nicht verstanden – diese erkennen nur die DNA-Codewörter, die den Einbau der Aminosäure anordnen, mit welcher die t-RNA selbst beladen ist. Wird ein Codon nicht erkannt, so stockt jedoch der Montagevorgang und wird letztlich abgebrochen – ein erwünschter Effekt im Falle des Stopp-Codons. Im Falle des Selenocysteins aber konnte eine besondere, mit Selenocystein beladene t-RNA nachgewiesen werden. Diese erkannte das Stopp-Codon, und statt eines Abbruchs der Synthese wurde Selenocystein in die wachsende Eiweißkette eingebaut.

Jetzt zeigte sich, das dieser Trick offenbar nicht einmalig ist: Joseph Krzycki, Michael Chan und ihre Kollegen von der Ohio State University haben einen weiteren Ausreißer entdeckt, die 22. codierte Aminosäure, Pyrrolysin.

Sie hatten bei ihrem Versuchsobjekt, dem im Magen von Wiederkäuern heimischen Archaebakterium Methanosarcina barkeri, die Beobachtung gemacht, dass ein Stopp-Codon eines bestimmten Gens nicht den Abbruch der Proteinsynthese, sondern vielmehr den Einbau von Pyrrolysin zur Folge hatte. Nach langdauernder Suche nach der Ursache für diese Abweichung wurden sie fündig und entdeckten eine mit Pyrrolysin beladene t-RNA. Diese erkennt, ganz analog zu der schon bekannten Selenocystein-t-RNA, ein Stoppcodon – aus dem Befehl "Stopp" wurde dadurch ein "baue Pyrrolysin ein".

Die Forscher nehmen an, das die eigentümliche Form der Energiegewinnung des Bakteriums den Einsatz der seltenen Aminosäure notwendig machte: Das untersuchte Gen codiert für ein Enzym, mit dessen Hilfe das Bakterium Methan aus organischen Verbindungen produzieren kann und dabei Energie gewinnt.

Wie Chan meint, deute die Entdeckung einer 22. codierten Aminosäure mit Spezialaufgabe darauf hin, dass man noch weitere Abweichungen von der Regel fände, wenn man nur genau genug hinschaut: Vielleicht stehen Nummer 23 und 24 "bereits vor der Tür".