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Alexander Heckel: Licht an – Gen aus

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Der Molekularbiologe Alexander Heckel forscht interdisziplinär am Exzellenzcluster "Makromolekulare Komplexe" an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main. Quelle: Uwe Dettmar

05.01.2009  - 

Mit einer simpel klingenden, doch genialen Methode untersucht Alexander Heckel die Funktion der Erbinformation. „Durch lichtinduzierte Nukleinsäuren können wir gezielt die Klaviatur der Gene bedienen“, erklärt der Professor für Chemische Biologie und Medizinische Chemie am Exzellenzcluster der Goethe-Universität in Frankfurt. Basierend auf dem nobelpreisgekrönten Verfahren der RNA-Interferenz kann Heckel die Erbinformation im lebenden Organismus zeit- und ortsaufgelöst regulieren und somit die Funktion einzelner Gene enträtseln.




 

„Die Grenzfläche zwischen Chemie und Biologie hat mich schon immer fasziniert,“ erklärt der studierte Chemiker. Heckel bestückt künstlich hergestellte Molekülschnipsel - die sogenannten siRNA - mit chemischen Gruppen. Das Ergebnis ist ein Gen-Schalter, den man mittels Licht aktivieren und damit das Gen ausknipsen kann.

Bei Lichteinwirkung zerfällt die Blockade
Heckels siRNA fungiert als Gegenstück zur natürlichen, in jeder Zelle vorkommenden, RNA. Die modifizierte siRNA wird in Zellen oder Organismen eingeschleust. „Mit Licht können wir die chemische Blockade gezielt aufheben“, erklärt der Professor des Excellenzclusters Makromolekulare Komplexe. Die fotolabile Gruppe auf der siRNA zerfällt. Nun kann die siRNA ihre hemmende Wirkung entfalten: Die aktivierte siRNA programmiert zelleigene Maschinen für den Abbau der natürlich vorkommenden Abschrift der Erbinformation. Für die Proteinfabrik der Zelle ist dann diese Information nicht mehr lesbar – der Weg vom Gen zum Protein ist gestoppt.

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„Neu an dieser Methode ist, dass wir mittels Licht zeit- und ortsabhängig Gene ausschalten können“, erklärt Heckel. „Selbst kleine Areale innerhalb eines Organismus kann man mit dieser Methode gezielt untersuchen“.

Lichtinduzierte Blutstillung

„Licht an – Gen an“. Auch dies kann Heckels Methode leisten. Dafür wird in die Promotorregion – der Kommandozentrale eines Gens – eine lichtinduzierte Blockade eingebracht. „Erst ein Laserblitz setzt die Abschrift des Gens wieder in Gang“, sagt der gebürtige Lindauer. Der lichtinduzierte Gen-Schalter wird bereits für unterschiedlichste Fragestellungen eingesetzt. „In einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe um Michael Hoch von der Universität Bonn wollen wir Gene mit Licht in der Fruchtfliege Drosophila regulieren - dem Haustier der Entwicklungsgenetiker“, erklärt Heckel. Doch auch der Einsatz am Menschen wird momentan geprüft. „Mit Günter Mayer und Bernd Pötzsch von der Universität Bonn entwickeln wir eine Methode zur lichtinduzierten Blutgerinnung“ (2006, Vol 118, Nr 40, S. 6900-6902).

Zwei DNA-Ringe, die über eine „DNA-Stütze“ als sequenzspezifischer Klebstoff zusammengehalten werden.Lightbox-Link
Zwei DNA-Ringe, die über eine „DNA-Stütze“ als sequenzspezifischer Klebstoff zusammengehalten werden.Quelle: Heckel

DNA als Baumaterial

Alexander Heckel widmet sich mit seiner 12köpfigen Arbeitsgruppe an der Frankfurter Goethe-Universität auch noch anderen spannenden Themen. Mit seinem Projekt „Nanostrukturen auf Molekülebene“ bewegt sich der Wissenschaftler auf einem noch recht jungen Forschungsgebiet. Es funktioniert wie ein Baukasten im Kleinstformat. Moleküle werden durch diverse chemische Werkzeuge dazu gebracht, sich zu neuartigen dreidimensionalen Gebilden anzuordnen. „Die Erbsubstanz DNA eignet sich aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften hervorragend als Bausubstanz,“ meint Heckel, der Stipendiat der Emmy Noether-Stiftung ist.

„Uns gelingt es bereits, DNA-Ringe miteinander zu verknüpfen. Daraus wollen wir zukünftig beispielsweise Röhren bauen.“ Bis diese neuartige Nanotechnologie Einzug in Handys oder Computer finden könnte, ist allerdings noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten. Doch dank des Exzellenzclusters an der Universität Frankfurt sieht Heckel der Zukunft dieses Projekts positiv entgegen. „In Frankfurt sind alle Forscher bestens vernetzt und ziehen gemeinsam an einem Strang“, schwärmt Heckel. „Wir haben einen wunderbaren, interdisziplinären Campus, an dem die Forschung schnell vorankommt.“Heckel widmet seine Freizeit dem Deutschen Roten Kreuz. „Seit 17 Jahren bin ich ehrenamtlich mit dabei.“ Damals noch als Zivildienstleistender, jetzt als Rettungsassistent, Taucher im Rettungsdienst und Zugführer des Wasserrettungszuges des Landesverbands Hessen. Dabei hat er 34 Retter unter sich.


Autorin des Textes: Andrea van Bergen

 

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