Max-Planck-Institut setzt auf DNA-Chips

Wissenschaftler des Max-Planck-Institut für molekulare Genetik sind auf dem Weg Krankheiten bereits bei der Entstehung in der Zelle aufzuspüren, einen Schritt weiter gekommen. Mit Hilfe von DNA-Chips sollen die krankhaften Prozesse innerhalb der Zellen nachgewiesen werden. Die Chips liefern Einblick in die laufende „genetische Datenverarbeitung“ von Zellen und erlauben Vergleiche zwischen normalen oder pathologischen Mustern der Gen-Aktivität. Damit sollen in der Zukunft Therapien maßgeschneidert auf die jeweilige Erkrankung werden, berichtet die Max-Planck-Forschungsgesellschaft.

Bisher arbeitet jegliche medizinische Diagnostik und Therapie „oberflächlich“, weil sie sich jeweils an Symptomen, klinischen Bildern und Messwerten orientiert, die sich erfahrungsgemäß als typisch für eine bestimmte Krankheit und deren Verlauf erwiesen haben. Hinter dem Symptom stecken allerdings, und das wissen die Forscher, auf der Ebene der Gene angesiedelte Fehlinformationen und Fehlsteuerungen. Das bedeutet, dass in Zukunft die Medizin in jene Bereiche vordringen muss, um wirklich gezielt in pathologische Prozesse eingreifen zu können.

Die Berliner Forscher haben bereits solche „molekularen Porträts“ von angeborenen Herzfehlern gewonnen. Diese anatomischen Störungen betreffen allein in Deutschland jährlich 6000 Neugeborene, die damit zur Welt kommen. Mithilfe von DNA-Chips ist es den Wissenschaftlern gelungen die genetischen Daten dieser durchaus bekannten Herzfehler zu finden. Die Wissenschaftler, unter anderem die Medizinerin Silke Sperling, haben dabei eine Reihe von Gen-Mustern gefunden, die jeweils für angeborene Herz-Defekte mit unterschiedlichen klinischen Bildern typisch sind. Diese veränderten Gene spielen aber auch nach der Embryonal-Entwicklung eine wichtige Rolle für die Herzfunktion – so etwa Gene, die an der Stress-Verarbeitung der Herzmuskelzellen mitwirken. Denn der ursprüngliche molekulare Defekt führt irgendwann sekundär zu pathologischen Veränderungen am Herzen. „Wir gewinnen jetzt erstmals eine Ahnung von den grundlegenden molekularen Abläufen im Rahmen der Entwicklung des Herzens“, erklärt Sperling, die allerdings auch einräumt, dass dies erst der Beginn eines langen Forschungsweges sei, über den sich dieses komplexe Netzwerk entflechtet und in seinen Zusammenhängen verstehen lässt.

Die Chips, die diese Daten erfassen, messen etwa zwei mal fünf Zentimeter. Auf ihnen werden durch einen Roboter an vorbestimmten Punkten in Abständen von 130 tausendstel Millimetern jeweils bestimmte DNA-Sequenzen, also Gene, aufgebracht. Am Ende sitzen auf dem Chip dann 30.000 verschiedene, einzelnen Genen entsprechende Proben, die als Bindungspartner für komplementäre, fluoreszenz-markierte DNA-Stücke aus unterschiedlichen Geweben dienen. Mithilfe einer Farbskala, die vom Computer erfasst und in ein farbcodiertes Bild umgesetzt wird, lassen sich „Expressionsprofile“ von Stammzellen erhalten, die sich gerade in einen reifen Zelltyp differenzieren. Diese Profile verraten, welche Gene in bestimmten Zellen zum Zeitpunkt der Probenahme aktiv oder „stumm“ sind, deren Informationen also gerade abgelesen oder nicht gebraucht werden.