Ein Blick auf die Genaktivität in Zellen

Bestehende Methoden zur Analyse der Genaktivität sind in ihrer Genauigkeit und Anwendung eingeschränkt. Daher entwickelte ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Instituts für Molekulare Infektionsbiologie (IMIB) und des Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) ein Verfahren, welches die genetische Aktivität in einer Zelle sehr genau abbildet.

„Wir haben ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, die Translationslandschaft eines vollständig anpassbaren synthetischen Transkriptoms, das heißt: außerhalb der Zelle, zu analysieren“, erklärt Jörg Vogel, Leiter des Instituts für Molekulare Infektionsbiologie der JMU und Direktor des HIRI sowie Hauptautor der Studie. Das Transkriptom bezeichnet die Gesamtheit aller Gene, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle transkribiert werden.

Die von den Wissenschaftlern neu entwickelte Technik, genannt INRI-seq (in vitro Ribo-seq), ist eine Weiterentwicklung bereits vorhandener Techniken zur Untersuchung der genetischen Aktivität in Zellen.

Die bisher gebräuchliche Ribosomen-Profilierung (Ribo-seq) misst zwar die Proteinsyntheserate, kann aber Gene mit geringer Aktivität nicht erfassen. Außerdem wird Ribo-seq in lebenden Zellen angewendet, so dass sich direkte und indirekte Auswirkungen auf die Translation schwer unterscheiden lassen. Bestimmte zelluläre Reaktionen können Untersuchungen mit Ribo-seq behindern. Eine andere Nachweismethode ist die RNA-Sequenzierung (RNA-seq), mit der die Konzentration der mRNA in einer Zelle gemessen wird, um daran zu bestimmen, wie viele Proteine in einer Zelle synthetisiert werden. Oft korrelieren beide gemessenen Werte aber nicht miteinander.

Das Forscherteam verbesserte daher die herkömmlichen Methoden und testete das neu entwickelte System an einem synthetisch erzeugten Transkriptom des Bakteriums Escherichia coli. INRI-seq eignet sich für eine umfassende Untersuchung der Translation in

einer zellfreien Umgebung. Das Verfahren bewies eine hohe Sensitivität, indem es mindestens vier Stellen erkannte, an denen Translationsprozesse starten.

„Mit INRI-seq ist es beispielsweise nicht mehr erforderlich, dass translationsmodulierende Substanzen die Zellmembranen durchdringen und Ribosomen aus einer großen Anzahl lebender Zellen extrahiert werden“, erklärt Vogel. „Man braucht auch viel weniger an der oft teuren Substanz, die man untersuchen will, zum Beispiel ein neues Antibiotikum, das nur in kleinem Maßstab hergestellt werden kann. INRI-seq spart also auch Kosten und Zeit.“

Die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Nucleic Acids Research“.