Wenn DNS Verstecken spielt: Der Einfluss verborgener Mutationen auf die biologische Vielfalt

Die DNS bestimmt nicht nur die Farbe der Augen, der Haut oder der Haare und die Art, zu welcher jeder lebende Organismus zählt. Sie beinhaltet auch Informationen über die Evolution einer Art. Forscher der Universität Zürich und des SIB Schweizerischen Instituts für Bioinformatik richteten ihren Fokus auf sogenannte kryptische oder verborgene Mutationen, die in der DNS verschiedener Arten vorkommen. Sie zeigten, dass verborgene Mutationen eine wichtige Rolle bei der Bildung der Artenvielfalt spielen. Die Ergebnisse der Studie unter der Leitung von Professor Andreas Wagner und Eric Hayden, Cryptic genetic variation promotes rapid evolutionary adaptation in an RNA enzyme, wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Millionen von Arten leben auf unserem Planeten. Diese unglaubliche Artenvielfalt hat ihren Ursprung in Unterschieden in der DNS, Differenzen, die durch Kopierfehler – Mutationen – entstehen, wenn die DNS von Generation zu Generation weitergegeben wird. Während Millionen von Jahren wurde durch natürliche Selektion dieser Mutationen die heutige Artenvielfalt generiert. Was jedoch nur wenige wissen, ist dass die DNS noch viele verborgene Mutationen beherbergt. Im Menschen, in Tieren, Pflanzen und Mikroben lösen diese Mutationen normalerweise keine sichtbaren Veränderungen aus. Wenn jedoch mehrere dieser verborgenen Mutationen auf ein einzelnes Individuum fallen, können sie Abnormitäten und Krankheiten verursachen. Weshalb also existieren diese Mutationen immer noch trotz der natürlichen Selektion? Haben diese Mutationen irgendeinen treibenden Einfluss auf die Artenvielfalt?

Professor Wagner und Dr. Hayden, beide von der Universität Zürich und vom SIB Schweizerischen Institut für Bioinformatik, haben kürzlich deren Rolle aufgezeigt. „Wir haben gezeigt, dass Mutationen, welche in einem gewissen Umfeld verborgen sind, einen positiven Effekt haben können, sobald sich das äussere Umfeld verändert", erklärt Professor Wagner. „Sich entwickelnde Organismen können sich so gewissermassen auf Umweltveränderungen vorbereiten, indem sie diese Differenzen in ihrer DNS in Form der verborgenen Mutationen erhalten. Die Forscher benutzten dazu einen einfachen, einem Gen ähnlichen RNS-Strang, ein Ribozym, in welchen sie verborgene Mutationen einführen konnten, und grosse Populationen dieser Ribozyme in unterschiedlichen chemischen Umgebungen sich entwickeln lassen konnten. In einem veränderten Umfeld konnten Ribozym-Populationen, welche verborgene Mutationen beherbergen, Ribozyme ohne verborgene Mutationen an Leistung übertreffen. Diese Arbeit zeigt, dass verborgene Mutationen auch für Organismen von Vorteil sein können. Sie sind wichtig für unser Verständnis wie sich das Leben an die sich stetig verändernden Umweltbedingungen auf der Erde angepasst hat, und wie die Evolution die Unzahl an wundervollen Lebensformen, die wir heute kennen, erschaffen hat.

Die Bioinformatik liefert neue Einblicke für die Medizinische Forschung
Die Forschungsarbeit über die verborgenen Mutationen liefert einen Beitrag zur personalisierten Medizin und der Prognose der Anfälligkeit einzelner Individuen auf spezifische Krankheiten. Die Ergebnisse dieser Studie offenbaren, dass Forscher in der Lage sind, diese verborgenen Mutationen verstehen zu können, basierend auf einer detaillierten Analyse der DNS verschiedener Populationen. Die Bioinformatik half innerhalb dieser Studie, die Ribozym-Populationen zu analysieren. Datenbanken und spezifische Werkzeuge werden auch weiterhin unentbehrliche Helfer sein, um im Fortlauf dieser Studie wertvolle Informationen aus der unvorstellbaren Datenmenge, die es zu analysieren gilt, zu extrahieren.