ob all diese Codons tatsächlich notwendig sind. Was würde
passieren, wenn im Genom von E. coli jedes AGG gegen ein
CGA ausgetauscht würde? Schließlich codieren beide Tri
pletts für die Aminosäure Arginin, und daher sollte das
Bakterium weiterhin alle Proteine korrekt herstellen. Tilgte
man aber auch die tRNA, die sich mit AGG paart, aus der
Zelle, dann würde das AGGCodon in eine Sack gasse füh
ren, also zu einem Kettenabbruch bei der Proteinbildung.
»Mir wurde klar, dass die Zellen dann gegen alle Viren
resistent würden. Und das wäre möglicherweise ein enor
mer Vorteil«, erzählt Church. Viren wie der LambdaPhage
sind darauf angewiesen, dass die von ihnen infizierte Zelle
ihren Gencode korrekt abliest und in Proteine übersetzt.
Wenn allerdings die zu AGG komplementäre tRNA nicht
mehr in der Zelle vorhanden ist, wird jedes virale Gen, das
ein AGG Codon enthält, vergeblich auf sie warten, und es
wird kein Virusprotein mehr fertig gestellt.
Da sich Viren rasend schnell weiterentwickeln, vermutete
Church, dass sie rasch einen Weg finden würden, trotz der
einen verschwundenen tRNA zu arbeiten. Entfernte man
allerdings genügend Codons und die dazugehörigen tRNAs,
sollte es dem Virus nahezu unmöglich sein, durch spontane
Mutationen die richtige Kombination zur Nutzung des verän
derten Codes zu treffen. Um den Aufwand einigermaßen zu
begrenzen, wählten die Wissenschaftler als Ausgangspunktdefiniert ist. So steht beispielsweise das Basentrip lett TGG
für die Aminosäure Tryptophan und CAA für Glutamin. Solch
ein spezifisches Basentriplett wird als Codon bezeichnet;
jedes Gen stellt eine lineare Abfolge von Codons dar.
Beim Zusammenbau von Proteinen wird diese Sequenz
in eine mRNA umgeschrieben und diese als Bauplan an die
Ribosomen geschickt, die zellulären Fabriken. Hier werden
die Codons mit so genannten transferRNAs (tRNAs) ge
paart, die als Adapter fungieren: Jede tRNA bindet mit
einem Ende an ein bestimmtes Codon, mit dem anderen an
eine spezifische Aminosäure. Während die Sequenz von
Codons diese ProteinFertigungsstraße durchläuft, reihen
die tRNAs die Aminosäuren aneinander, bis das Protein
fertig gestellt ist.
Eine Besonderheit an diesem System ist die große
Redundanz. Da auf Grund der DreierKombinationen der
vier Basen A, C, G und T insgesamt 64 (4^3 = 64) unter
schiedliche Kombinationen möglich sind und es demzufol
ge 64 Codons gibt, sind die meisten der 20 natürlichen
proteinbildenden Aminosäuren mehrfach codiert. Manche
von ihnen besitzen sogar sechs verschiedene Basentri
pletts, etwa Arginin, für das die Codons AGG, CGA und
noch vier weitere stehen.
2004 fragte sich der in Harvard tätige Genetiker George
Church, in dessen Forschungsgruppe Ostrov heute arbeitet,
AGGAGCGAUCC
AGGVirus gegen Zelle
Es gibt Millionen von Viren, die menschliche und bakterielle Zellen
infizieren und so in Viren produzierende Fabriken verwandeln.
Biologen konstruieren derzeit die DNA eines Bakteriums, genannt
rE.coli-57, das allen Virusangriffen trotzen und gleichzeitig normal
funktionieren soll. Die Idee in fünf Schritten:Eindringen
des Virus
Ein Virus ist im We
sentlichen ein biologi
scher Apparat, der sich
selbst kopiert. Dazu
infiziert es eine Zelle
und bringt sie durch
einen Trick dazu, virale
Proteine zusammenzu
bauen.Ein Virus landet auf einer Bakterienzelle
und injiziert seine eigene DNA hinein.
Weil diese denselben »Buchstaben
code« verwendet wie die Bakterien
DNA, behandelt die Zelle beide gleich.Kapern der zellulären Maschinerie
Die virale mRNA (türkis) wandert zum
Ribosom (violett), der Zellfabrik, die die
Proteine zusammenbaut. Dort paart
sich jeweils ein Triplett von mRNABuch
staben, ein »Codon«, mit einem spezifi
schen komplementären Molekül, der
tRNA (blau). Daran bindet sich wiederum
jeweils eine bestimmte Aminosäure (gelb).Die VirusDNA wird in einen so
genannten mRNAStrang umge
schrieben (transkribiert), der
Anweisungen zur Herstellung der
Virusproteine enthält.Die tRNAs reihen die Amino
säuren entsprechend der auf
der mRNA vorgegebenen
Abfolge aneinander, was ein
Protein entstehen lässt.tRNACodon (auf der mRNA)AminosäuretRNAVirusDNAVirusmRNACAMPBELL MEDICAL ILLUSTRATION / SCIENTIFIC AMERICAN JULI 2019Ribosom