Eine der bisher unumstößlichen Regeln der Genetik ist, dass eine bestimmte Abfolge von Basen in der DNA auch in eine bestimmte Aminosäure übersetzt wird. Zumindest war das bisher so. Nun fanden Forscher eine Hefeart, bei der eine bestimmte Basenkombination scheinbar nach dem Zufallsprinzip in zwei verschiedene Aminosäuren übersetzt wird. Es handelt sich bei der Hefe damit um das erste Lebewesen, das mit der Eindeutigkeitsregel des genetischen Codes bricht.


DNA
Foto: DNA representation, Andy Leppard, Flickr, CC BY-SA 2.0

Universalitätsregel: Jedes Lebewesen übersetzt den genetischen Code gleich

Die DNA enthält die Bauanleitung für alles, was ein Lebewesen ausmacht. Der genetische Code wird dabei aus vier verschiedenen Basen gebildet: Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin (A, T, C und G). Jeweils drei aufeinanderfolgende Basen in der DNA werden dann von der Zelle in eine Aminosäure übersetzt. Aus diesen Aminosäuren werden im Anschluss Proteine zusammengesetzt.

Diese Codierung einzelner Basenkombinationen wird immer in die gleiche Aminosäure übersetzt. Das hat jeder von uns in der Schule gelernt: Der genetische Code ist eindeutig und universell. Ob Mensch oder Amöbe: Bei jedem Lebewesen wird die Codierung in die gleichen Aminosäuren übersetzt.


Zumindest galt das bisher. Nun aber haben Forscher rund um Stefanie Mühlhausen von der University of Bath Lebewesen entdeckt, bei denen diese allgemein gültige Regel nicht zu gelten scheint. Bei der Untersuchung einer Gruppe von Hefeorganismen stellte das Team fest, dass das Basencodon CTG bei einigen Hefespezies nicht wie üblich in die Aminosäure Leucin übersetzt wird, sondern in Serin oder bei anderen Spezies Alanin. Dies lässt den Schluss zu, dass der genetische Code scheinbar doch nicht universell gilt.

Allein diese Tatsache ist schon geeignet, für viel Aufsehen zu sorgen. Doch fie Forscher fanden eine Hefeart, die sie noch mehr überraschte. Die Art Ascoidea asiatica übersetzt das Basencodon CTG scheinbar nach dem Zufallsprinzip in Leucin oder Alanin.

DNA-Code ist scheinbar auch nicht eindeutig

Die Forscher beschreiben die Übersetzung des Basencodons wie einen Münzwurf. „Wir waren überrascht zu sehen, dass CTG in rund 50 Prozent der Fälle in Serin und in den anderen 50 Prozent in Leucin übersetzt wird„, so Laurence Hurst, der an der Studie beteiligt war. Die Hefeart verletzt damit nicht nur die Regel, dass der genetische Code universell gilt, sondern auch, dass er eindeutig ist. Im Gegensatz zu jedem anderen Lebewesen kann man bei Ascoidea asiatica nicht eindeutig von der DNA auf die produzierten Aminosäuren schließen. Das liegt daran, dass in den Zellen der Hefeart offenbar zwei verschiedene, miteinander konkurrierende tRNAs vorhanden sind. Die tRNAs (Transport-Ribonukleinsäuren) sind dafür verantwortlich, dass bei der Translation die richtigen Aminosäuren an die Peptidkette des wachsenden Proteins angefügt „Wenn CTG übersetzt wird, wird zufällig eine der beiden tRNAs ausgewählt – und somit zufällig entweder Serin oder Leucin eingebaut„, so Martin Kollmar vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen, der ebenfalls an der Studie beteiligt war.

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Zuletzt aktualisiert am 15.12.2018

Uraltes genetisches Artefakt

Auf den ersten Blick scheint dieses Verhalten der Zelle keinen Sinn zu ergeben. Vertauschte Aminosäuren können potentiell zu schweren Problemen bei der Proteinbiosynthese führen. Um dies zu verhindern, scheint Ascoidea asiatica das in Frage kommende Basencodon einfach extrem selten zu verwenden.

Das Team kam zu dem Schluss, dass diese zufällige Übersetzung bereits vor etwa 100 Millionen Jahren entstanden sein muss. Durch die Evolution ging diese problematische Eigenschaft bei den meisten Verwandten von Ascoidea asiatica im Laufe der Zeit verloren. „Warum diese eine Hefe das Prinzip so lange beibehalten hat, ist unklar. Womöglich gibt es einige seltene Situationen, in denen diese Beliebigkeit nützlich sein kann„, so Kollmar.

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