Wer kennt das unangenehme Gefühl nicht: Beim morgentlichen Blick auf die Körperwaage schlägt der Zeiger wieder einmal weiter nach rechts aus. Der Grund für die überflüssigen Pfunde liegt unter anderem an der großen Menge verwertbarer Kohlenhydrate in unserer Nahrung. Schon lange ist die Lebensmittelindustrie auf das Dilemma aufmerksam geworden. Damit wir nicht völlig auf das süße Leben verzichten müssen, ersetzt sie den Zucker in ihren Produkten teilweise mit Ersatzstoffen. Ein Trend der auch in die Molekularbiologie Einzug hält ...
Bereits 1992 kam eine dänische Forschergruppe auf die Idee, in einer Computersimulation bei einem Strang einer DNA-Doppelhelix das Desoxyribosephosphat-Rückgrat durch ein Peptid-Rückgrat zu ersetzen. Und - Nutrasweet sei Dank - die Eiweiß-Konstruktion paßte hervorragend in den natürlichen Bauplan der Doppelhelix. Sofort ging man ins Labor, um die ungewöhnlichen Moleküle zu synthetisieren. Man gab ihnen den Namen "peptide nucleic acids" oder kurz PNAs. Die Wissenschaftler untersuchten nun das Schmelzverhalten ihrer Schöpfung und machten eine ungewöhnliche Entdeckung: Die mittlere Schmelztemperatur (Tm) eines hybriden Doppelstranges aus PNA- und komplementärem DNA-Einzelstrang lag weit höher als die Tm entsprechender doppelsträngiger DNA, und zwar um etwa 1deg.C pro paarender Base! Schwächer banden die PNAs hingegen DNA-Einzelstränge mit abweichender Basensequenz. Die findigen Wissenschaftler fanden überdies heraus, daßeine kurze PNA, ein sogenanntes Oligo-Nukleopeptid, die Amplifikation eines DNA-Abschnitts über eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) unterbinden kann, wenn die PNA gegen eine der beiden Primer-Bindestellen oder einen beliebigen Bereich dazwischen gerichtet ist.
Im ersten Fall wird eine Verlängerung des Primers durch die DNA-Polymerase verhindert, denn der Primer kann nach bevorzugter Anlagerung der PNA nicht mehr an die DNA-Matrize binden. Die PNA ist hingegen nicht Substrat der DNA-Polymerase. Im zweiten Fall versperrt die an die DNA-Matrize gebundene PNA der DNA-Polymerase den Weg zum 3'- Ende der Matrize und verhindert so die Synthese eines neuen und vollständigen DNA-Stranges.
Die einzigartigen Eigenschaften der PNAs eröffnen wie ihrerzeit die Entdeckung der PCR ein breites Spektrum von Anwendungsmöglichkeiten bei der Diagnose genetischer Defekte und der Therapie von Gendefekten. So könnte zum Beispiel eine Punktmutation in einem bestimmten Abschnitt eines Gens mit Hilfe einer einzigen wie oben beschriebenen PCR detektiert und auf die Länge der verwendeten PNA genau lokalisiert werden. Homozygote Träger eines mutierten Gens, wie z. B. im Falle der Sichelzellanämie, wären sofort zu identifizieren. Von den sogenannten Proto-Onkogenen ist bekannt, daßeine Mutation im Bereich des Promotors zu ihrer unkontrollierten Expression führen kann. Das Gen hat sich dann in seine pathogene Form, ein Onkogen verwandelt. Dieses Ereignis ist möglicherweise ein Teilschritt bei der Umwandlung einer normalen Zelle zur Tumorzelle und Beginn eines Krebsleidens. Theoretisch könnten PNAs dazu verwendet werden, den Promotor zu blockieren und somit das Onkogen abzuschalten.
Die Entdeckung der PNAs wirft erneut alte Fragen auf. Welche Biopolymere waren zuerst da: Die Nukleinsäuren oder die Proteine? Die Tatsache, daßRNA-Moleküle katalytische und Struktur-Funktionen haben können, spricht eher für ein Nukleinsäure-Universum zu Beginn der präbiotischen Phase unserer Erde. Im Laufe der Evolution kamen dann die Proteine hinzu und übernahmen die Funktionen der RNAs. PNAs vereinigen die konformative Vielfalt der Peptide mit der Eigenschaft der DNA zur Informationsspeicherung. Handelt es sich bei den PNAs etwa um wiederentdeckte verschollene Bindeglieder zwischen Proteinen und Nukleinsäuren?
Die Antwort auf diese Frage interessiert die dänischen Entdecker vermutlich recht wenig. Denn Dänemark ist neben "Buko" um einen weiteren Exportschlager reicher: Die Wissenschaftler haben neben ihrem Erfindungsgeist auch Geschäftssinn bewiesen und eine eigene Firma gegründet, in der PNAs für Kollegen in aller Welt synthetisiert werden.