Genaktivitätsanalyse an embryonalen Mauszellen zur Genfunktionsaufklärung

cDNA-Arrays für trächtige Kühe · Keimruhe von Kartoffelknollen · Geschlechterkonflikt beiPflanzen · Biodünger aus Bacillus · Landkarte des menschlichen Chromosoms 21 · Krebs-verursachenden Mutationen auf der Spur · Ursachenforschung bei Autismus · Revolution inder Sequenziertechnik

Informationen aus der deutschen GenomforschungGENOMXPRESS 3.07

Quelle: NGFN

Inhalt

GenomXPress 3/07

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Inhalt

Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

ForschungEntwicklung und Anwendung einesbovinen Oviduktepithel- und Endome-trium- (BOE) cDNA-Arrays BOE-Array Version 1 als Werkzeug zum Studium der Biologie und der Pathophy-siologie des bovinen Endometriums . . . . . . . .4

Regulation der Keimruhe von Kartoffelknollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

Geschlechterkonflikt bei Pflanzen Wettstreit um das Gen MEDEA . . . . . . . . . . . .10

Genomanalyse eines phytostimu-latorischen Bacillus Stammes . . . . . . . . .11

NAME21: DNA-Methylierungskartierungdes humanen Chromosoms 21 Methylierungskartierung in Pilotprojekten der Systematisch-Methodischen Plattform Epigenetik des Nationalen Genomfor-schungsnetzes (NGFN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

Krebsverursachenden Mutationen auf der Spur Hochdurchsatzsequenzierung: Einsatz des Genome Sequencer FLX Technologie im Rahmen des Nationalen Genomfor-schungsnetzes (NGFN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

Autismus mit einem Spektrum an Verhaltensstörungen Ursachenforschung zwischen Phänotyp undGenotyp im internationalen Netzwerk . . . . .19

EthikEinstellungen deutscher Kinderwunsch-paare zum Embryo und zur Präimplanta-tionsdiagnostik (PID) . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

TechnologienRevolution in der Sequenziertechnik Mit dem SOLiD™ System von Applied Biosystems könnte ein komplettes menschliches Genom binnen weniger Tage für weniger als 100.000 Euro entschlüsselt werden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

PortraitIdeenvermarkterin aus Leidenschaft Portrait Isabel von Korff . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

Patente &LizenzenEuropäisches Patentamt erklärt seine Absicht, das Tuschl-II-Patent zu erteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

News & Confuse

InfoRZPD wird ImaGenes – Wirtschaftlicher Erfolg ermöglichtÄnderung der Rechtsform Führungsteam des RZPD steht für nahtlosen Übergang . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

Anbau nachwachsender Rohstoffe in Deutschland auf über 2 MillionenHektar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

Aus der Trickkiste der Pflanzen Ein Beispiel aus dem BMBF-Ideenwett-bewerb "Bionik – Innovationen aus der Natur" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

DFG enttäuscht über Novelle des Gentechnikgesetzes Geplante Änderungen würden Pflanzenforschung weiter behindern . . . . . .34

EU-Forschungsminister einigten sich in Luxemburg auf den Start desEuropäischen Technologieinstituts . . .34

Bundesregierung erhöht deutlich die Ausgaben für Bildung und Forschung . . . . . . . . . . . . . . . .34

BMBF investiert 10 Millionen Euro in Hightech-Gerät zur Verbesserung der Arzneimittel-Entwicklung und Diagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

Bundesforschungsministerium stärkt die Grüne Biotechnologie . . . . . .35

PreiseDGE verleiht Preis für Hormonforscherinnen: Studie an Erbkrankheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

MTZ-Award für SystembiologieBewerbung für einen Förderpreis für Systembiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

TreffenHandschlag mit positiven FolgenNeue Qualität der internationalen Zusammenarbeit in den Lebenswissenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

Science Digest . . . 39

Jobbörse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Editorial 3

Editorial

Liebe Leserinnen und Leser,Wo stehen wir heute? – Ein wenig trivial

mag diese Frage klingen, mit der Orientierung undNeuausrichtung eingefordert wird. Denkt manjedoch etwas länger darüber nach, fällt uns dieBeantwortung dieser Frage nicht leicht, und dieAntworten werden alles andere als trivial, viel-mehr sehr vielfältig und komplex ausfallen. Wostehen wir also sieben Jahre nachdem die erstenGenome höherer und damit komplexer Lebens-formen vollständig erfasst und digitalisiert wur-den. Mit der Sequenzierung des menschlichenGenoms und der Sequenzierung von Reis undAckerschmalwand (Arabidopsis thaliana) im Jahr2000 wurde das Zeitalter der funktionalenGenomforschung eingeläutet. Sieben Jahredanach stehen wir noch immer am Anfang einerEntwicklung, die als das Jahrhundert der Biologiebezeichnet wird. Neben den Erkenntnissen selbsthat diese Entwicklung dabei auch die Nutzungbiologischer Mechanismen und biologischerSysteme zum Inhalt. In diesen sieben Jahren hatsich unser Wissen um den Aufbau, die Strukturund die Funktion von Genomen um ein Vielfacheserweitert. Völlig neue Mechanismen und Grund-lagen, wie z.B. die der Bedeutung von kleinen Mo-lekülen, wurden beschrieben. So wurde der großeEinfluss kleiner RNA, von Peptiden oder Metabo-liten wurde deutlich, aber auch die Funktion vonbis dahin als „funktionslos“ beschriebenen, danicht für Gene kodierenden Bereichen in Geno-men wurden als Orte der Genregulation erkannt.Das umfassende Verständnis wie Leben in seinenkomplexen und hochgradig vernetzten Regelme-chanismen funktioniert wurde dadurch kompli-zierter aber auch faszinierend vielfältiger.

Mit diesen neuen Erkenntnissen wuchsen dieErwartungen der Wissenschaftler an die Fördererder Forschung, mehr Gelder für innovative Ansät-ze zur Verfügung zu stellen.Auf der anderen Seitewuchsen die Erwartungen an die Wissenschaftler,mit ihren bahnbrechenden Erkenntnissen auf dieEntwicklung von neuen Produkten in Medizin,Industrie und Landwirtschaft Einfluss zu nehmen,also all den Bereichen, die mit biologischen Syste-men arbeiten oder auf diesen beruhen. In For-schungsanträgen werden euphorisch die Poten-tiale der Forschung an Genomen formuliert undspeisen damit diese Erwartungen zu Recht weiter.Forschungsanträge ohne ein signifikantes Poten-tial für die Wirtschaft bekamen gleichzeitig eine

geringere Chance auf Unterstützung. Resultat ist,dass immer mehr auf Grundlagen orientierte For-schungsprojekte einen potentiellen Nutzen in Hel-ler und Pfennig für unsere Gesellschaft zu unter-streichen versuchen. Dass Wissen aber auch alsgesellschaftlicher bzw. kultureller Wert begriffenwerden muss, und auch dies gehört zur Bestand-saufnahme eines „wo stehen wir?“, droht dabeian Wertigkeit zu verlieren. So richtig und wichtigAktivitäten der Politik sind, Wissenschaft undIndustrie zu einer intensiven Zusammenarbeit zumotivieren, so wichtig wird es bleiben, explorati-ve und ungezielte Forschungsansätze zu verfol-gen. So wie die Zusammenarbeit von Wissen-schaft und Industrie das gegenseitige Verständnisfür die Belange des Anderen ermöglicht, eingelungenes Beispiel hierfür ist die „Hightech-Strategie“ der Bundesregierung, so darf nicht ver-kannt werden, dass ungerichtete Forschungs-ansätze neue Türen und Aktionsfelder öffnen.Diese Ansätze für die Wirtschaft begehbarer zumachen, ist Aufgabe einer Transferkultur, dieneuer Stimulation aber auch neuer Instrumentebedarf. Positiv wirkt das generelle und ungebro-chene Interesse der Öffentlichkeit an Forschungund Wissenschaft. Die an vielen Orten durchge-führten und grandios besuchten „Nächte der Wis-senschaft“ oder die Tage der offenen Türen ver-schiedener Forschungseinrichtungen unterstrei-chen diese Wissbegierde der Bevölkerung. Bil-dung, und Wissenschaft zählen auch heute alserstrebenswert und als ein wichtiger Teil unsererGesellschaftskultur.

Aber zurück zu unserer Bestandaufnahmeunseres derzeitigen Standpunktes. Die Funktionaller Gene zu erfassen bleibt auf lange Sicht dasZiel weltweiter Bemühungen. Die Genomsequen-zierungen bilden hierfür auch nach sieben Jahreneinen ersten engagierten und gleichzeitigbescheidenen Anfang. Noch auf sehr lange Sichtwerden Sequenzierungen die Basis der funktiona-len Genomforschung bilden. Stärker denn je bil-den jedoch heute integrative Ansätze von For-schern und Entwicklern unterschiedlicher Fachdis-ziplinen das Rückgrad einer erfolgreichen und zie-lorientierten Suche nach der Funktion und derNutzung der Gene. Das Verständnis von evolu-tionären Prozessen, die auf molekularer Ebene zuAnpassungen und Modifikationen führten, wirddurch integrative Forschungsansätze massivgefördert. Zahlreiche heiße Eisen, wie die vorher-sagbare Biologie („predictive biology“) oder die

Systembiologie, das „tausend Dollar Genom“,aber auch technisch „erschaffenes“ Leben zei-gen, mit welcher immensen Geschwindigkeit wiruns Tag für Tag bewegen. In der Bevölkerung er-wecken diese Entwicklungen häufig Erwartungenund Ängste, die für Wissenschaftler oftmals alsnicht plausibel, also nicht den wissenschaftlichenFakten entsprechend, bewertet werden. Dies istverständlich, es beschreibt aber vor allem den not-wendigen Handlungsbedarf nach verbesserterKommunikation und Transparenz, und wie wich-tig es ist, die Öffentlichkeit bei diesen Entwick-lungen mitzunehmen.

Das in Ihren Händen liegende Heft desGenomXPress umfasst viele der gerade ange-sprochenen Aspekte. Sie bekommen Einblicke ineinige laufende Projekte der Genomforschung anNutztieren, Pflanzen, Bakterien und dem Men-schen.Wir stellen Ihnen eine neue Technologie zurSequenzierung von Genomen vor. Diese Methodeder Sequenzierung war selbst von Experten vorsieben Jahren nicht vorherzusehen; und auch hiergilt: die Entwicklung geht weiter. In das Span-nungsfeld von Forschung und deren Anwendungwollen wir Sie am Beispiel unseres Beitrages zurPräimplantationsdiagnostik (PID) entführen undnatürlich verfolgen wir mit unserer Portraitrubrikweiterhin das Ziel, der Forschung in Deutschlandein Gesicht zu geben.

Und noch eins – entspricht die Verständlich-keit beim Lesen der Beiträge nicht Ihren Erwar-tungen, scheuen Sie sich bitte nicht, uns dies mit-zuteilen. Auch für Ihre Vorschläge bei der inhaltli-chen Schwerpunktsetzung sind wir dankbareEmpfänger. Und nicht zuletzt würden wir uns freu-en, Sie nicht nur als Leser sondern auch als Auto-ren im GenomXPress begrüßen zu können. Unse-re Kontaktadressen finden Sie wie immer imImpressum auf der hinteren Umschlagseite.

Viel Spaß beim Lesen, zahlreiche Aha-Effekte wünscht Ihnen im Namen dergesamten Redaktion, mit fröhlichen Grüßenaus Potsdam, Jens Freitag.

Forschung

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Im Rahmen des FUGATO-Verbundprojektes FER-TILINK und der DFG-Forschergruppe „Mecha-nismen der embryo-maternalen Kommunikation“wurde eine Reihe von Studien der differentiellenGenexpression im bovinen Eileiterepithel und imEndometrium während des Sexualzyklus und derfrühen Trächtigkeit durchgeführt. Der biologischeHintergrund für diese Untersuchungen ist die Tat-sache, dass gerade während der frühen Trächtig-keit (Präimplantationsphase) beim Rind die mei-sten Verluste auftreten. Ziel der Untersuchungenwar, mit Hilfe von systematischen Transkriptom-analysen Messenger RNAs (mRNAs) zu identifi-zieren, deren Konzentration sich im Endometriumbzw. in Eileiterepithelzellen zwischen verschiede-nen Phasen des Sexualzyklus bzw. während derfrühen Trächtigkeit im Vergleich zu nicht trächti-gen Kontrollen ändert, um zuerst die grundlegen-den Vorgänge auf molekularer Ebene zu beschrei-ben. Aus in den verschiedenen Studien identifi-zierten mRNAs wurde ein cDNA-Array entwickelt,um damit weiterführende Untersuchungen durch-zuführen.

Entstehung des bovinen Oviduktepithel- und Endometrium- (BOE) ArraysZur Identifizierung von mRNAs, die Konzen-

trationsveränderungen zeigen, wurde in denzugrunde liegenden Studien eine Kombinationaus subtraktiven cDNA-Bibliotheken und cDNA-Microarrays zum Screening der subtraktivencDNA-Banken angewendet. Mit Hilfe dieses Ver-fahrens wurden Eileiterepithel und Endometriumwährend verschiedener Stadien des Sexualzyklusuntersucht.Weiterhin wurde Endometrium zu ver-schiedenen Zeitpunkten der frühen Trächtigkeit(Präimplantationsphase) mit entsprechenden Pro-ben von nicht trächtigen Tieren verglichen. Insge-samt wurden in diesen Studien mehr als 20.000cDNA-Klone aus mehreren subtraktiven cDNA-Banken untersucht. Aus den dabei identifiziertencDNAs und einer Reihe von Kontrollen sowie Kan-didatengenen wurde ein Set von 1.344 weitge-hend nicht redundanten cDNA-Fragmenten zu-sammengestellt, das ca. 950 verschiedene Gene

repräsentiert (Abb. 1). Zur Annotation des BOE-Arrays wurden die cDNA-Sequenzen anhand vonVergleichen mit der GenBank-Sequenzdatenbankund der bovinen Genomsequenz charakterisiert.Zusätzlich zu den bovinen Genen wurden dencDNA-Klonen auch die humanen orthologen Ge-ne zugeordnet. Die cDNA-Fragmente wurden mit-tels PCR amplifiziert und nach Analyse durch Aga-rosegelelektrophorese mit Hilfe eines Roboters(Omnigrid Accent) auf Nylon-Membranen aufeiner Fläche von ca. 20 x 50 mm gedruckt.

Überprüfung der technischen ReproduzierbarkeitDie technische Reproduzierbarkeit der

cDNA-Array-Hybridisierung wurde durch sechsHybridisierungen mit radioaktiv (33P) markiertenProben, welche aus derselben RNA-Probe herge-

stellt wurden, untersucht. Die Microarray-Rohda-ten wurden mit Hilfe des BioConductor-Paketesvsn normalisiert. Die Variationskoeffizienten dernormalisierten Werte (alle Messwerte des Arraysohne Filter auf detektierbare Signale) reichten von0,27 % bis 11,06 % (Mittelwert 2,11 %, Median1,86 %). Eine Signifikanzanalyse ergab zwei sig-nifikant unterschiedliche cDNA-Klone mit einemberechneten Fold-change von 1,4. Da aber diesebeiden cDNA-Klone keine detektierbaren Signalelieferten (Werte entsprechen nur dem Hintergrun-drauschen), wurden praktisch keine signifikantenUnterschiede zwischen den technischen Replika-ten identifiziert.Aus diesem Versuch konnte abge-leitet werden, dass die technische Varianz sehrniedrig ist und keine artifiziell signifikant unter-schiedlichen Hybridisierungssignale bereits bei derminimalen Anzahl an Proben von n=3 auftreten.

Entwicklung und Anwendung eines bovinen Oviduktepithel- und Endometrium- (BOE) cDNA-ArraysBOE-Array Version 1 als Werkzeug zum Studium der Biologie und der Pathophysiologie des bovinen Endometriums

Stefan Bauersachs, Katrin Mitko, Susanne Ulbrich, Helmut Blum und Eckhard Wolf

Abb. 1: Herstellung des bovinen Oviduktepithel- und Endometrium- (BOE) cDNA-Arrays. Ausgehend von cDNAs

eines bereits bestehenden Oviduktepithel-cDNA-Arrays und cDNA-Klonen aus verschiedenen Transkriptomstudien

im bovinen Endometrium wurde mit Hilfe einer Liquid-Handling-Station ein Set von 1344 cDNA-Fragmenten

zusammengestellt, das ca. 950 verschiedene Gene repräsentiert. Die Arrays (20 x 50 mm groß) werden mit Hilfe

eines Microarray-Roboters auf Nylon-Membranen hergestellt. ET: Transfer von in vitro produzierten Embryonen;

KB: künstliche Besamung

Forschung 5

Vergleich mit dem bovinen Affymetrix GeneChip®

Zum Vergleich mit dem bovinen AffymetrixGeneChip® wurden mit beiden Arrays bovineEndometriumproben vom Tag 18 der Trächtigkeit(Peri-Implantationsphase) und entsprechendeKontrollen analysiert. Pro experimenteller Gruppewurden Proben von vier Tieren untersucht. Mitdem BOE-Array wurden dabei 97 Gene und mitdem Affymetrix-Array 352 differentiell exprimier-te Gene identifiziert (≥2-facher Unterschied beieiner False discovery rate [FDR] von 2 %). DieÜberlappung der identifizierten Gene betrug 61Gene und die erhaltenen Expressionsunterschie-de waren alle konsistent zwischen den beidenPlattformen. Die Mehrzahl der zusätzlich mit Affy-metrix identifizierten Gene wies keinen sehrgroßen Expressionsunterschied zwischen denuntersuchten Proben auf (2- bis 3-fach). Der Anteilan Genen mit einem höheren Expressionsunter-schied war prozentual beim BOE-Array höher. Dasist damit zu erklären, dass die auf dem BOE-Array

vorhandenen Gene alle mit Hilfe von subtraktivencDNA-Bibliotheken isoliert worden sind, die auf-grund der subtraktiven Hybridisierung vor allemGene mit hohen Expressionsunterschieden anrei-chern. Die Sensitivität der beiden Nachweisver-fahren war etwa gleich. Die Expression von 13Genen wurde in zwei früheren Studien mit Hilfeder quantitativen Real-time RT-PCR an ähnlichenProben untersucht (Tab. 1). Die Expressionsdatenzeigten auch hier eine sehr gute Korrelation.

Anwendung zur Untersuchung von mRNA-Expressionsprofilen im Endometrium während des SexualzyklusAls eine der ersten wissenschaftlichen

Anwendungen des BOE-Arrays wurden mRNA-Expressionsprofile im Endometrium während desZyklus von Färsen untersucht. Der Sexualzyklusbeim Rind beträgt ca. 21 Tage, beginnend mit Tag0 (Östrus, Tag der Brunst). Die Veränderungen derGenexpression im Endometrium im Laufe des

Abb. 2: Clusteranalyse der Expressionsprofile von mRNAs mit signifikanten Konzentrationsveränderungen wäh-

rend des Zyklus. Die pro Zykluszeitpunkt gemittelten Expressionswerte (mean-centered log-Werte) der mRNAs mit

signifikanten Änderungen (SAM, Multiclass, FDR 1 %) während des Zyklus wurden zur Gruppierung ähnlicher

Verläufe einer Clusteranalyse mit dem Self organizing tree algorithm (SOTA, MeV 4.0) unterzogen. Die sinnvollste

Cluster-Verteilung ergab sich bei einer Anzahl von 7 Clustern. Rechts unten ist zusätzlich das zugehörige Den-

drogramm dargestellt, welches die gemittelten Verläufe der Cluster und deren Korrelation zueinander darstellt.

18P4N: Gruppe Tag 18 mit niedrigem Progesteronwert (früher Östrus), 18P4H: Gruppe Tag 18 mit hohem Pro-

gesteronwert (späte Lutealphase)

Glossar

Affymetrix GeneChip® KommerziellesMicroarray-System der Firma AffymetrixInc. Der bovine Chip enthält ca. 24.000Probe-Sets, die ca. 16.000 verschiedeneGene repräsentieren.

False Discovery Rate ProzentualerAnteil möglicher Falsch-Positiver

Färsen Rinder, die noch kein Kalbgeboren haben

Fold change Faktor des Konzentrati-onsunterschieds einer mRNA

Luteolyse Auflösung des Gelbkörpers

Microarray zum Screening Subtrakti-ve cDNA-Bibliotheken enthalten nureinen bestimmten Anteil an cDNAs differentiell exprimierter Gene. Deshalbwerden aus einer bestimmten Anzahlan cDNAs der subtraktiven Bank Micro-arrays hergestellt und mit den zu ver-gleichenden Proben hybridisiert, umcDNAs mit signifikanten Konzentrati-onsänderungen zu identifizieren.

Präimplantationsphase Nach der Be-fruchtung ist der frühe Embryo beimRind bis etwa zum 5. Tag im Eileiter. AmTag 6 erreicht der Embryo den Uterusund befindet sich etwa am Tag 7 imBlastozysten-Stadium. Am Tag 13 be-ginnt die Elongation des Trophoblasten,der am Tag 15 ca. 3-5 cm lang ist undam Tag 18 bereits das ipsilaterale (Seitedes Gelbkörpers) uterine Horn ausfüllt.Nach Tag 18 beginnt die Implantation.

Subtraktive cDNA-Bibliothek Einesubtraktive cDNA-Bibliothek odercDNA-Bank enthält cDNAs, die mittelssubtraktiver Hybridisierung zwischenzwei Zell- oder Gewebetypen oder -zuständen angereichert wurden.

Transkriptomanalysen Untersuchun-gen der Gesamtheit der Transkripteeiner Zelle oder eines Gewebes. In dervorliegenden Arbeit beschränkten sichdie Untersuchungen auf den mRNA-Anteil des Transkriptoms.

Zyklus werden vor allem durch die Hormone Pro-gesteron (P4) und Östradiol (E2) gesteuert. ZumZyklustag 0 ist der P4-Spiegel am niedrigsten. DerE2-Spiegel ist am Beginn der Brunst erhöht. Nachder Ovulation steigt der P4-Spiegel in der frühenLutealphase (Metöstrus) an und erreicht späterein Plateau (Diöstrus-Phase). Nach Tag 18 desZyklus fällt er durch die beginnende Luteolysewieder ab. Während der frühen Trächtigkeit wirdbereits am Tag 15 durch die Effekte des embryo-nalen Trächtigkeitserkennungssignals (Interferontau) das Fortschreiten des Zyklus unterbunden,um die am Tag 18 beginnende Implantation zuermöglichen. Zur Untersuchung von mRNA-Kon-zentrationsverläufen während des Zyklus wurdenEndometriumproben von jeweils vier Tieren zufünf verschiedenen Zeitpunkten gewonnen undmit dem BOE-Array analysiert.Als erster Zeitpunktwurde der frühe Östrus gewählt. Diesem Zeit-punkt wurden Tiere zugeordnet, die zwar am Tag18 geschlachtet wurden, aber aufgrund eines ver-kürzten Zyklus (tritt häufig bei Färsen auf) einenniedrigen P4-Wert aufwiesen und anhand weite-rer Parameter dem frühen Östrus zugeordnet wur-den. Für den zweiten Zeitpunkt (später Östrus)wurden Tiere am Tag 0 geschlachtet, wobei dieSchlachtung nach den Peak des LuteinisierendenHormons (LH) erfolgte. Weiterhin wurden Gewe-beproben während der frühen Lutealphase (Tag3,5), der Lutealphase (Tag 12, „klassischer“ Diö-strus) und der späten Lutealphase (Tag 18, P4hoch) gewonnen. Nach der Identifizierung vonmRNAs mit signifikanten Konzentrationsänderun-gen (FDR = 1 %) wurden die Expressionsprofiledifferentiell exprimierter Gene mit Hilfe einer Clu-steranalyse (Self organizing tree algorithm, SOTA,MeV 4.0) Gruppen mit ähnlich verlaufenderExpression zugeordnet (Abb. 2). Zum einen wurde

deutlich, dass hauptsächlich eine differentielleExpression zwischen der Diöstrus- und der Östrus-phase vorliegt. Allerdings zeigt auch eine Gruppevon Genen ihre höchste Expression an Tag 3,5.Diese Gene sind in Cluster 2 und 6 zu finden.Überwiegend besitzen aber die meisten der unter-suchten mRNAs an Tag 3,5 ein niedriges Konzen-trationsniveau im Vergleich zu den anderen Zeit-punkten. Die Expression zu den beiden erstenZeitpunkten (Tag 18P4N, Tag 0) weist kaumUnterschiede auf. Dagegen unterscheidet sich dieExpression zwischen Tag 12 und Tag 18 (P4 hoch),wobei im direkten Vergleich der beiden Zeitpunk-te die meisten signifikanten Gene eine höhereExpression an Tag 12 aufweisen. Grund dafür istwahrscheinlich der bereits sinkende P4-Wert anTag 18. Eine weitere Clusteranalyse (hierarchicalclustering) wurde vorgenommen, um die Ähnlich-keiten der Expressionsmuster zwischen den unter-suchten Zykluszeitpunkten zu bestimmen (nichtgezeigt). In Übereinstimmung mit den Ergebnis-sen in Abbildung 2 konnten drei deutlich unter-schiedliche Gruppen gebildet werden. In derersten Gruppe befanden sich Proben von Tag 18(P4 niedrig) und Tag 0, in der zweiten die Probenvon Tag 3,5 und in der dritten die Proben von Tag12 und Tag 18. Die dritte Gruppe teilte sich jedochnoch einmal eindeutig in Proben von Tag 12 undProben von Tag 18 auf. Mit diesen Analysen konn-ten typische Konzentrationsverläufe von mRNAsim bovinen Endometrium während des Zyklus unddie Ähnlichkeit verschiedener Zyklusphasen aufmRNA-Ebene erstmals näher charakterisiert wer-den. Bei der weiteren Auswertung der Daten wirdversucht, anhand von Gene Ontology-Analysen,der Zuordnung der Gene zu molekularenPathways und der Darstellung von Interaktions-netzwerken den regulatorischen Mechanismen im

Endometrium während des Zyklus auf molekula-rer Ebene auf die Spur zu kommen.

Vorteile des BOE-Arrays und zukünftige Anwendungen in der ForschungIm Vergleich zu bereits beschriebenen bovi-

nen cDNA-Arrays und auch dem bovinen Affyme-trix-Array liegt der Vorteil des BOE-Arrays darin,dass es mit mRNAs angereichert ist, die zu denwichtigsten physiologischen Stadien des Endo-metriums und auch des Eileiterepithels differenti-ell exprimiert sind. Die relativ kleine Anzahl ancDNAs bietet weiterhin den Vorteil, dass Proble-me der Datenprozessierung und -auswertungumgangen werden, die bei Arrays mit sehr vielenSonden auftreten und außerdem die Kostenwesentlich niedriger liegen. Weiterhin kann dasBOE-Array jederzeit durch zusätzliche cDNAsergänzt werden. Um zukünftig die Flexibilität desBOE-Arrays weiter zu erhöhen, werden anstelleder cDNA-Fragmente (PCR-Produkte) lange Oli-gonukleotide verwendet. Zur Gewährleistung derVergleichbarkeit verschiedener Hybridisierungs-experimente wird außerdem das Detektionsver-fahren vom radioaktiven Nachweis auf Fluores-zenz umgestellt werden.

Mit Hilfe des BOE-Arrays werden in zu-künftigen Projekten auch Biopsieproben aus demEndometrium von Hochleistungsmilchkühen un-tersucht, um herauszufinden, ob Zusammenhän-ge zwischen verschiedenen metabolischen Zu-ständen und mRNA-Expressionsprofilen beste-hen. Im Rahmen solcher Projekte soll geklärt wer-den, inwiefern bestimmte differentielle Genex-pressionsmuster im Endometrium für Fruchtbar-keits- oder Stoffwechselstörungen charakteri-stisch sind. Ist dies der Fall, könnte das BOE-Arrayder Ausgangspunkt für ein neues Werkzeug fürdie Differentialdiagnostik von Fruchtbarkeits-störungen sein und sogar für die Zuchtwertschät-zung auf Fruchtbarkeit Verwendung finden.

Originalveröffentlichung· Bauersachs S., Mitko K., Blum H., Wolf E. (2007) BOE

Array Version 1: a tailored tool for studying bovine

endometrium biology and pathophysiology. J Dairy Sci

90, 4420-4423.

Literatur· Bauersachs S, Blum H, Mallok S, Wenigerkind H, Rief S,

Prelle K, Wolf E (2003) Regulation of ipsilateral and con-

tralateral bovine oviduct epithelial cell function in the

postovulation period: a transcriptomics approach.

Biol.Reprod. 68, 1170-1177.

· Bauersachs S, Rehfeld S, Ulbrich SE, Mallok S, Prelle K,

Forschung

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Tabelle 1: Vergleich von Array-Ergebnissen und quantitativer Real-time RT-PCR

Ratio Trächtig/Kontrolle p-Wert q- WertGensymbol qPCR Array qPCR ArrayAGRN2 6,4 2,5 <0,001 0,005BST22 16,7 32,6 <0,001 <0,001C17orf272 9,4 5,6 <0,001 <0,001C1R1 4,7 2,3 0,001 0,005C1S1 5,6 2,5 0,003 <0,001IFITM31 9,8 5,4 <0,001 <0,001ISG151 185,6 89,7 <0,001 <0,001LGALS92 8,1 3,3 <0,001 <0,001SERPING11 5,2 2,1 0,004 0,008STAT12 9,2 4,5 <0,001 <0,001UBE1L1 25,6 13,5 <0,001 <0,001UTMP1 163,9 7,4 0,012 <0,001XAF11 12,1 7,8 <0,001 <0,0011 (Klein et al., 2006); 2 (Bauersachs et al., 2006)

Wenigerkind H, Einspanier R, Blum H, Wolf E (2004)

Monitoring gene expression changes in bovine oviduct

epithelial cells during the oestrous cycle. J.Mol.Endocri-

nol. 32, 449-466.

· Bauersachs S, Ulbrich SE, et al. (2005) Gene expression

profiling of bovine endometrium during the oestrous

cycle: detection of molecular pathways involved in func-

tional changes. J.Mol.Endocrinol. 34, 889-908.

· Klein C, Bauersachs S, et al. (2006) Monozygotic twin

model reveals novel embryo-induced transcriptome

changes of bovine endometrium in the preattachment

period. Biol Reprod 74, 253-64.

· Bauersachs S, Ulbrich SE, et al. (2006) Embryo-induced

transcriptome changes in bovine endometrium reveal

species-specific and common molecular markers of ute-

rine receptivity. Reproduction 132, 319-31.

KontaktDr. Stefan BauersachsInstitut für Molekulare Tierzucht und Biotechnologie und Laboratorium für Funktionale Genomanalyse (LAFUGA) am Genzentrum der LMU Münchenbsachs@lmb.uni-muenchen.de

Forschung 7

Die Kartoffel ist nach Reis, Weizen und Mais dieviertwichtigste Kulturpflanze der Welt. So wurdenlaut FAO (Food and Agriculture Organization ofthe UN) im Jahr 2006 weltweit 315 Millionen Ton-nen geerntet.Während die Anbauflächen und derpro-Kopf-Verbrauch in Europa und Nordamerikain den letzten Jahren gesunken sind, ist die welt-weite Produktion in den letzten 10 Jahren umdurchschnittlich 4.5% pro Jahr gestiegen. DieKartoffelknolle ist ein wichtiges Grundnahrungs-mittel, das reich an Kohlenhydraten ist (mit Stär-ke als Hauptspeicher), aber auch einen hohenGehalt an wertvollen Proteinen, Vitamin C undMineralien besitzt. Aufgrund ihres hohen Nähr-stoffgehalts und des unkomplizierten Anbaus istdie Kartoffel auch eine wichtige Komponente imKampf gegen den Hunger in Entwicklungslän-dern, in denen die Anbaufläche in den letzten Jah-ren erweitert wurde. Ihre Bedeutung wird dadurchunterstrichen, dass die FAO das Jahr 2008 zumInternationalen Jahr der Kartoffel ausrufen wird.

Der überwiegende Teil der Kartoffelernte (ca.60%) wird für die menschliche Ernährung ver-wendet; der verbleibende Teil wird als Tierfuttereingesetzt, industriell weiter verarbeitet oderdient als Saatkartoffel für den Anbau im folgen-den Jahr. Da die Kartoffelknollen meist frisch ver-zehrt werden, besteht ein ganzjähriger Bedarf anKartoffeln. Allerdings gedeihen Kartoffeln ambesten in moderatem Klima mit nur einer Anbau-phase pro Jahr der sich eine Lagerperiode ansch-ließt. Obwohl die Lagerungsbedingungen opti-miert wurden, kommt es oft zum vorzeitigen,unerwünschten Keimen der Kartoffelknollen. EineLagerung bei z.B. niedrigen Temperaturen kann

das Austreiben zwar deutlich verzögern, geht abermit Qualitätsverlusten einher. So wird der Abbauvon Stärke eingeleitet, der zur Akkumulation vonreduzierenden Zuckern führt, ein Phänomen, dasals „cold-sweetening“ (Süßwerden) bezeichnetwird und negative Auswirkungen auf die weitereVerarbeitung der Knollen hat (z.B. stärkere Braun-färbung beim Frittieren).

Ziel unserer Arbeiten ist daher Faktoren zufinden, die die Länge der Keimruhe von Kartoffel-knollen kontrollieren. Aus dem besseren Ver-ständnis der zugrunde liegenden Regulationsme-chanismen können neue biotechnologische oderzüchterische Ansätze abgeleitet werden, um dieLagerfähigkeit von Erntegut zu verbessern.

Die Keimruhe der Kartoffelknolle wird durch endogene und exogene Faktoren gesteuertDie Kartoffelknollen entwickeln sich aus

unterirdischen Sprossausläufern, sog. Stolonen,als Überdauerungsorgan, das biologisch gesehen,das Überleben der Pflanze außerhalb der Vegeta-tionsperiode sicherstellt. Nach der Ernte durch-läuft die Knolle eine Phase der Keimruhe (Dor-manz), die mit dem sichtbaren Austreiben endet.Die Dormanz, die als vorübergehende Arretierungsichtbaren Wachstums bezeichnet werden kann,setzt allmählich während der Knollenbildung ein.Die Länge der Dormanz wird durch die Umwelt-bedingungen wesentlich beeinflusst. So spielendie Temperatur, die Tageslänge sowie die Wasser-

Regulation der Keimruhe von Kartoffelknollen

Melanie Senning1, Burkhard Steuernagel2, Anja Hartmann1,Uwe Sonnewald1, Uwe Scholz2 und Sophia Sonnewald1

1 Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Biochemie2 Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung, Gatersleben

Abb. 1 Gibberellin (GA)-vermittelte

Keimung von Kartoffelknollen.

Isolierte Stückchen aus Kartoffelknollen

beginnen 3 Tage nach Behandlung mit

50µM GA3 zu keimen. A) schematische

Darstellung des experimentellen Sys-

tems. B) graphische Darstellung des

prozentualen Anteils an Kartoffelaugen,

bei denen eine sichtbare Keimung nach

GA3-Gabe zu verzeichnen ist. Als Kon-

trolle werden die Knollenstückchen mit

Wasser behandelt, wobei nur in selte-

nen Fällen eine Keimung erfolgt.

Forschung

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8

und Nährstoffversorgung während des Wachs-tums aber auch die Temperatur während derLagerung eine wichtige Rolle. Darüber hinaus istdie Länge der Dormanz bei verschieden Sortenunterschiedlich, was auf eine genetische Kontrol-le schließen lässt.

Während der Ruhephase finden im Speicher-parenchym metabolische Veränderungen statt,wobei sich die Knolle von einem sink- in ein sour-ce-Organ entwickelt, welches den sich neu bil-denden Spross mit Nährstoffen und Energie ver-sorgt. Diese Umwandlung ist ein vielschichtigerProzess, der neben strukturellen und metaboli-schen Veränderungen, auch eine veränderte Gen-expression einschließt. Außerdem wird die Längeder Keimruhe durch den Gehalt von Phytohormo-nen reguliert, die als Aktivatoren (z.B. Gibberelli-ne (GA) und Cytokinine (CK)) oder Inhibitoren(z.B. Abscisinsäure, Ethylen) wirken. Dabei sindGA und CK sehr wahrscheinlich an der Steuerungvon verschiedenen Prozessen beteiligt, die zurBrechung der Keimruhe bzw. zur Induktion desSprosswachstums führen. Insgesamt ist davonauszugehen, dass die Dormanz und die Keimungder Knollen durch ein komplexes, aber weitge-hend unverstandenes Zusammenwirken derPhytohormone gesteuert wird.

GENOSOME: ein internationales Verbundprojekt zur genomischen Analyse der Meristemaktivität Die Reaktivierung der Meristemtätigkeit ist

ein entscheidender Schritt bei der Wiederaufnah-me des Wachstums, das letztlich zum Austreibender Kartoffelknollen führt. Daher ist ein wichtiges

Ziel unserer Arbeiten, Gene zu identifizieren, diean der Regulation der Meristemaktivität in Kar-toffeln beteiligt sind.

Meristeme sind Populationen teilungsfähi-ger, undifferenzierter Zellen an Spross- und Wur-zelspitzen und sind Quelle für das ständigeWachstum der Pflanzen. Von den Meristemenwerden Zellen an den Pflanzenkörper abgegeben,die zur Ausbildung von neuen Organen undGeweben führen und wesentlich den Habituseiner Pflanze bestimmen.

Unsere Arbeiten sind in das GABI-ProjektGENOSOME (Genomics of Solanaceae Meristems,http://www.genosome.org) eingebettet. In die-sem Projekt sollen die molekularen Regulations-mechanismen der Meristemaktivität innerhalb derFamilie der Solanaceae (Nachtschattengewächse)aufgeklärt werden. Dazu haben sich fünf Arbeits-gruppen aus Spanien, Frankreich und Deutsch-land zu einem Verbund zusammengeschlossen,die am Beispiel von Kartoffel- und Tomatenpflan-zen verschiedene Entwicklungsprozesse untersu-chen, die eng an die Meristemaktiviät gekoppeltsind. So sind neben der Keimung von Kartoffel-knollen, Veränderungen in der Meristemidentität,wie sie bei der Bildung von Kartoffelknollen ausStolonen oder bei der Blütenbildung stattfindenund das Austreiben von Seitentrieben bei Toma-ten von Interesse. Das übergeordnete Ziel ist es,biotechnologische Strategien zu entwickeln, umdie Kohlenhydratverteilung, den Ertrag und dieLagerfähigkeit zu verbessern.

Hierzu wird zum einem geprüft, ob bereitsbekannte Meristem-spezifische Promotoren ausder Modellpflanze Arabidopsis thaliana in Sola-

naceae Anwendung finden können. Zum anderenwerden durch Genexpressionsanalysen mittelsMicroarrays die transkriptionellen Veränderungenim Verlauf der verschiedenen Entwicklungspro-zesse erfasst. Dabei kommen verschiedene Array-Technologien zum Einsatz, wie z.B. cDNA- oderOligo-Arrays. Durch vergleichende bioinformati-sche Analyse sollen sowohl Entwicklungsprozeß-spezifische als auch allgemein wirkende, regula-torische Gene identifiziert werden. Die Herausfor-derung dabei ist, verschiedene Arraytypen undexperimentelle Systeme zu vergleichen. Hinzukommt, dass weder Tomate noch Kartoffel voll-ständig sequenziert sind und sich die Zuordnungder Gene ständig verändert. Daraus folgt, dassbestimmte Gene sich nicht so leicht aufeinanderabbilden lassen. Um den Vergleich der verschie-denen Daten zu erreichen, wurde das Integrati-onssystem BATEx entwickelt. Dabei werden alleExpressionsdaten in ein gemeinsames „DataWarehouse“ integriert. Während dieser Integrati-on erfolgt eine Datenbereinigung und eine Zuord-nung zu identischen bzw. homologen Genen.BATEx ermöglicht so mehrere Experimente mitunterschiedlichen Szenarien zu integrieren undgemeinsame Schlüsselgene zu finden. Die funk-tionelle Überprüfung identifizierter Kandidatenerfolgt durch Expression in transgenen Pflanzenunter Einsatz spezifischer Promotoren.

Bereitstellung von „tools“ für die Genexpressionsanalyse in KartoffelnWie bereits erwähnt, ist Ziel unserer Arbei-

ten, mit Hilfe von Microarrays Gene zu identifizie-

Tabelle 1. Übersicht über verschiedene cDNA-Bibliotheken aus Kartoffelknollen-Augen.

Name Gewebe/ Behandlung Art der Anzahl der Anzahl cDNA-Bibliothek EST-Sequenzen der Singletons

STDB Ruhende Augen von Konventionell 1455 805Solanum tuberosum Kartoffelknollen, direkt (lZAPII)dormant buds nach der Ernte entnommenSDBT Ruhende Augen von Gerichtet, in 5’-3’ 561 211Solanum tuberosum Kartoffelknollen, direkt Orientierungdormant buds (TripleEx) nach der Ernte entnommen (lTriplEX) SDBN Ruhende Augen von Normalisiert 2028 1622Solanum tuberosum Kartoffelknollen, direktdormant buds, normalized nach der Ernte entnommenSSBT 2mm lange Keime von Gerichtet, in 5’-3’ 1661 511Solanum tuberosum Kartoffelknollen nach Orientierungsprouting buds (TripleEx) ca. 3-monatiger Lagerung (lTriplEX) SSBN 2mm lange Keime von Normalisiert 1128 892Solanum tuberosum Kartoffelknollen nachsprouting buds, normalized ca. 3-monatiger LagerungTotal 6833 4042

Forschung 9

ren, die zur Re-aktivierung der Meristeme in Kar-toffelknollen führen. Kommerziell verfügbar istgegenwärtig ein Microarray von TIGR, der ca.10.000 cDNA-Klone enthält. Da Meristem-spezi-fische Gene nicht ausreichend auf diesem Arrayrepräsentiert sind, war ein Ziel des ProjektescDNA-Bibliotheken herzustellen, in denen Trans-kripte von Meristemzellen angereichert sind unddie daraus gewonnene Sequenzinformation in dieHerstellung eines Microarray einfließen zu lassen.Um dieses Ziel zu erreichen, wurden cDNA-Ban-ken aus ruhenden bzw. keimenden Kartoffelau-gen erstellt. Dazu wurden ruhende Augen und ca.2mm lange Keime aus Kartoffelknollen präpariert,die PolyA+-RNA isoliert und in cDNA umge-schrieben. Neben konventionellen cDNA-Biblio-theken wurden auch sog. normalisierte cDNA-Bänke erzeugt, in denen niedrig exprimierte Genean- und stark exprimierte Gene abgereichert sind.Die entsprechenden cDNA-Banken wurden in E.coli Zellen transformiert und positive Kolonienmittels eines Roboters in 384-er Mikrotiter-Plat-ten abgelegt. Einen Überblick über die erstelltencDNA-Bibliotheken und die Anzahl der gewonnenSequenzen gibt Tabelle 1.

Die erhaltenen Sequenzen wurden nachQualitätsprüfung und Bereinigung (z.B. Entfernenvon PolyA-Abschnitten) in die CR-EST-Datenbank(http://pgrc.ipk-gatersleben.de/cr-est/)) integriert.Insgesamt wurden 6833 Sequenzen erzeugt.Diese wurden einer Cluster-Analyse unterzogen,die zeigte, dass die normalisierten Banken mit ca.80% einen wesentlich höheren Anteil an Single-tons (das sind Sequenzen, die keine Überlappungmit anderen aufweisen) enthalten als die konven-

tionell hergestellten. Ein BLASTN-Vergleich zeigteaußerdem, dass ca. 15% der Sequenzen keineHomologie zu den bis dahin öffentlich verfügba-ren Sequenzen aufwiesen.

Im Rahmen einer internationalen Initiative(potato oligo chip initiative (POCI)) von Wissen-schaftlern aus 13 verschiedenen Institutionen(koordiniert von Dr. C. Bachem, Universität Wa-geningen, Niederlande) wurde gemeinsam mitder Firma Agilent ein 44K Oligo-Chip entwickelt.Neben Sequenzen, die aus ca. 35 verschiedenencDNA Banken stammen, sind auch die Kartoffel-augen-spezifischen Sequenzen in die Ableitungder 60mer Oligos einbezogen worden. Damitsteht nun ein Microarray zur Verfügung, der diebisher bekannte Gen-Information von Kartoffel-pflanzen umfasst. Darüber hinaus haben wir ander FAU Erlangen eine Transkriptom-Plattformaufgebaut, die es uns erlaubt, verschiedene Typenvon Microarrays zu hybridisieren und auszuwer-ten (www.biologie. uni-erlangen.de/bc/xkriptom.html).

GA-induzierte Keimung als Modell zur Identifizierung von KandidatengenenIn ersten Experimenten haben wir Expres-

sionsprofile von ruhenden und keimenden Kartof-felaugen miteinander verglichen, um möglicheRegulatoren zu identifizieren. Dabei zeigten 435Gene eine mindestens zweifache Änderung inihrer Expressionshöhe, wobei 352 Gene währendder Keimung induziert und 83 verringert waren.Ca. 16% der während der Keimung induziertenGene sind Transkriptionsfaktoren, mehr als 20%

kodieren für Stoffwechselenzyme und etwa 6.5%entfallen auf Hormon-regulierte Proteine bzw.Enzyme der Phytohormon-Biosynthese. WeitereGene kodieren für Proteine, die in Transkriptionund Translation involviert sind bzw. den Zellzyklusregulieren, was verdeutlicht, dass sich das „inak-tive“ Meristem in ein aktiv wachsendes Gewebegewandelt hat. Mit diesem Vergleich ist es abernicht möglich Gene zu finden, die vor dem sicht-baren Keimen aktiv sind und somit den Prozesseinleiten. Um dies zu erreichen, haben wir einexperimentelles System entwickelt, dass auf derErkenntnis beruht, dass GA3-Gabe die Keimruhebrechen kann. Dabei werden isolierte Knollen-stückchen, die ein Auge enthalten, in GA3-halti-ger Lösung inkubiert und anschließend im Dun-klen gelagert. Dies erlaubt eine synchronisierteInduktion der Keimung, die gewöhnlich nach 3 Tagen einsetzt (Abb. 1a). Nach fünf Tagen sind95% und mehr Augen gekeimt (Abb. 1b). ZumVergleich werden Knollenstückchen mit Wasserbehandelt, wobei nur maximal 10% der unter-suchten Proben keimen. Dieses System ermöglichtdie transkriptionellen Veränderungen währendder Keimung im zeitlichen Verlauf zu verfolgen.Dazu wurden Proben nach 1, 2, 3, und 5 Tagennach Behandlung entnommen, Sonden herge-stellt und auf POCI-Arrays hybridisiert.

Die Expressionsdaten werden gegenwärtigausgewertet. Nach Abgleich der Daten auf dieWasser-Kontrolle finden sich eine Vielzahl von dif-ferentiellen Genen (ca. 12.000), wobei sich ver-schiedene Expressionsprofile unterscheiden las-sen. Interessant sind dabei solche Gene, derenExpression mit dem Wachstum des Keims ansteigt

Abb.2 Veränderungen in der Genexpression nach GA3-

vermittelter Keimung von Kartoffelknollen.

Knollenstückchen wurden isoliert, mit 50µM GA3 be-

handelt und damit die Keimung induziert. Nach 1, 2, 3

und 5 Tagen wurden Proben entnommen und Cyanin

3-markierte Sonden erzeugt, die auf den 44K POCI

Microarray hybridisiert wurden. Nach Abgleich auf die

Wasserkontrolle wurden ca. 12.000 Gene gefunden, die

sich in ihrer Expressionshöhe mindestens 2–fach verän-

dert haben. Diese wurden einer hierarchischen Cluster-

analyse unterzogen (links), wobei blau eine im Vergleich

zur Kontrolle verminderte und rot eine erhöhte Expres-

sion anzeigt. Interessante Profile mit einer Auswahl von

repräsentativen Transkripten sind rechts daneben darge-

stellt, die verdeutlichen dass Wachstums- und metaboli-

sche Prozesse induziert werden und die Keimung einer

phytohormonalen Kontrolle unterliegt. Die systemati-

sche Auswertung dieser Daten soll zur Identifizierung

von Faktoren führen, die die Keimruhe von Kartoffel-

knollen regulieren.

Forschung

GenomXPress 3/07

10

(Tag 3), aber auch solche die einen kontinuierli-chen Anstieg oder Abfall während der Keimin-duktion zeigen (Abb. 2). Diese Gruppen enthaltenpotentielle Kandidatengene, aber auch solcheGene, die bereits in früheren Microarray-Experi-menten gefunden wurden. So bestätigen dieDaten, dass Zellteilung und Wachstumsprozesseinduziert werden, die mit metabolischen Verände-rungen (z.B. Stärkeabbau) und Veränderungen inder Hormon-Antwort einhergehen.

Analyse von ersten Kandidaten; AusblickAus den vorherigen Microarray-Analysen

wurde ein GA-reguliertes Protein (GARP) als einerstes Kandidatengen identifiziert.Weitere Unter-suchungen mit verschieden lange gelagerten Kar-toffelknollen bestätigten, dass die Expression vonGARP während der Keimung spezifisch im apika-len Bereich verstärkt wird. GARP gehört zurGAST1- Genfamilie, deren Expression durch GAaber auch ABA reguliert wird; beides Phytohor-mone, die auch bei der Keimung eine wichtigeRolle spielen. Ihre Funktion ist bisher weitgehend

unbekannt. Neuere Daten deuten an, dass Vertre-ter dieser Genfamilie bei der Pflanzenabwehr eineRolle spielen. Zur funktionalen Überprüfung wur-den transgene Pflanzen erzeugt, die entweder einÜberexpressions- oder ein RNAi-Konstrukt tra-gen. Diese Pflanzen wiesen keine offensichtlichenVeränderungen in ihren Wachstumseigenschaftenauf. Im ersten Experiment zeigten einige derGARP-RNAi Kartoffelknollen ein verzögertes Aus-treiben, was sich aber leider in einem Wiederho-lungsexperiment nicht bestätigte. Ob die ver-stärkte Expression von GARP einen Einfluss aufdie Länge der Keimruhe der Kartoffelknollen hat,wird gegenwärtig untersucht.

Neben diesen Pflanzen werden weiteretransgene Kartoffelpflanzen mit veränderter Ex-pression verschiedener Kandidaten erzeugt. Sowerden die GA- und die CK-Biosynthese modifi-ziert, um die Rolle dieser Phytohormone bei Been-digung der Keimruhe zu überprüfen oder Pflanzenmit verändertem Stärkeabbau erstellt, da die Ver-sorgung des Keims mit Nährstoffen für dessenEntwicklung essentiell ist.

Die große Zahl von differentiellen Genen soll

durch weitere bioinformatische Analysen nähereingeschränkt und anschließend durch unabhän-gige Tests verifiziert werden. Außerdem werdendie Expressionsprofile mit denen bei der Knollen-bildung und dem Austreiben von Seitentrieben beiTomatenpflanzen vergleichend analysiert, umähnliche oder gegenläufige Muster zu erkennen.Darüber hinaus sind weitere Array-Experimente inArbeit, in denen wir die Expressionsprofile in ver-schiedenen Kultivaren vergleichen, die sich durchunterschiedlich lange Dormanzphasen aus-zeichnen.

Obwohl wir die molekularen Mechanismennoch nicht vollständig verstehen, haben wir durchdie Analysen erste Ansatzpunkte und Kandidaten,die uns auf dem Weg dahin weiterbringen wer-den.

KontaktSophia SonnewaldFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-NürnbergLehrstuhl für Biochemiessonne@biologie.uni-erlangen.de

Säugetiere und höhere Pflanzen haben in ihrer Art der Fort-pflanzung etwas gemeinsam: ihre Embryonen sind in ein Gewebe einge-

bettet, das sie mit Nährstoffen versorgt. Bei Säu-getieren wird dieses Nährgewebe Plazentagenannt, bei Pflanzen Endosperm. Dieses Nähr-gewebe wird in beiden Fällen ausschließlich vonder Mutter bereitgestellt. Somit investiert nur dieMutter aufwändige Ressourcen in die Embryonal-entwicklung – der Vater dagegen nicht. Er stelltlediglich sein Erbgut in Form von Spermien, diesich im Pollen befinden, zur Verfügung. Doch

dadurch entsteht ein Konflikt: Mütter wollen ihreRessourcen nämlich gleichmäßig auf ihre Embryo-nen verteilen, denn diese enthalten ja alle den-selben mütterlichen Erbteil.Väter sind daran inter-essiert, dass möglichst nur die von ihnen befruch-teten Embryonen die meisten Ressourcen von derMutter bekommen, um nur ihren väterlichen Erb-teil erfolgreich fortzupflanzen. Dies ganz beson-ders dann, wenn Eizellen einer Mutter von ver-schiedenen Vätern befruchtet wurden. Wie kön-nen nun die verschiedenen Väter diesen Konkur-renzkampf führen? Ein einfacher Trick wäre, dasssie versuchen, die Mutter über zelluläre Signale

aus dem jeweils von ihnen befruchteten Embryozur Bereitstellung möglichst vieler Nährstoffe zubewegen, um so ihrem Nachkommen einen Selek-tionsvorteil zu verschaffen.

In einer internationalen Arbeitsgruppe von Genetikernaus drei Teams um Charles Spillane von der

University College Cork in Irland, Karl Schmid vomMax-Planck-Institut für chemische Ökologie inJena und Ueli Grossniklaus von der UniversitätZürich in der Schweiz, haben wir uns diesem Mut-ter-Vater-Konflikt auf genetischer Ebene gewid-

Im Gegensatz zum Vater investieren nur die Mütter aufwändige Ressourcen in den sich entwickelnden Embryo – und das führtschon zu einem frühen Zeitpunkt zum Geschlechterkampf. Denn während der Vater daran interessiert ist, dass möglichst nur dievon ihm befruchteten Embryonen die meisten Ressourcen von der Mutter bekommen, möchte die Mutter ihre Ressourcen gleich-mäßig auf alle ihre Embryonen verteilen. In einem internationalen Verbundprojekt haben wir die Geschichte eines Kontrollgensder frühen Embryoentwicklung in Blütenpflanzen untersucht und dabei entdeckt, dass dieses Gen den Konflikt von Mutter undVater um die Verteilung der Nährstoffe an den Embryo regulieren könnte.

Geschlechterkonflikt bei Pflanzen – Wettstreit um das Gen MEDEACharles Spillane, Karl J. Schmid, Sylvia Laoueillé-Duprat, Stéphane Pien, Juan-Miguel Escobar-Restrepo, Célia Baroux, Valeria Gagliardini, Damian R. Page, Kenneth H. Wolfe & Ueli Grossniklaus

Forschung 11

met. Dabei konzentrierten wir uns auf die Analy-se des pflanzlichen Gens MEDEA. Dieses Gen kon-trolliert das Wachstum des mütterlichen Nährge-webes u.a. in der Modellpflanze Arabidopsis tha-liana und steht, so vermuten die Wissenschaftler,im Zentrum eines solchen Konflikts. Denn MEDEAunterliegt der so genannten genetischen Prägung(genomic imprinting): Obwohl pflanzliche Em-bryonen je eine MEDEA-Kopie sowohl des väter-lichen als auch des mütterlichen Erbteils besitzen,ist nur das mütterliche MEDEA-Gen aktiv. Dasväterliche Gen bleibt dagegen stillgelegt, sodassdie Mutter die Kontrolle über das gesamteEmbryonalwachstum behält. Dabei konzentrier-ten wir uns in unseren Studien auch auf Fragender Evolution des MEDEA-Gens in verschiedenenPflanzenarten. Durch vergleichende Analysen mitHilfe von bioinformatorischen Methoden fandenwir heraus, dass MEDEA und ein Schwester-Gen,SWINGER genannt, vor ca. 35 bis 85 MillionenJahren bei einer Verdopplung des gesamtenGenoms aus einem gemeinsamen Vorläufer-Genentstanden sind. Beide Gene sind in der Eizelleund im befruchteten Embryo aktiv. Jedoch konntenur MEDEA-Aktivität in weiteren Geweben, sozum Beispiel in den Vorläuferzellen des Nährge-webes (Endosperm), nachgewiesen werden. Nachder Befruchtung übernimmt MEDEA, aber nicht

SWINGER, die Kontrolle über die Entwicklung vonEndosperm und Embryo. Wir konnten beobachte-ten, dass das von MEDEA kodierte Protein deut-lich mehr Aminosäureaustausche im Vergleichzum gemeinsamen Vorläufer aufwies als dasSWINGER-Protein. Aufgrund der stark veränder-ten Proteinsequenz können wir annehmen, dassMEDEA nach seiner Entstehung im Gegensatz zuSWINGER neue Funktionen erworben hat.

Die beobachtete, schnelle Evolution des MEDEA-Gens könnte zusätzlich durch eine Art "evolu-

tionäres Wettrennen" verursacht worden sein. EinVergleich der Evolutionsgeschwindigkeit vonMEDEA in den zwei eng verwandten Kreuzblütler-Arten Arabidopsis thaliana und Arabidopsis lyratadeutet tatsächlich auf ein solches Wettrennen hin:Arabidopsis thaliana befruchtet sich (fast) aussch-ließlich selbst (Selbstbestäuber), die mütterlichenund väterlichen Erbteile in den Embryonen stam-men also von derselben Mutter. Der Konflikt umdie Nährstoffverteilung an die Embryonen in derMutterpflanze sollte daher weitaus schwächerausgeprägt oder gar nicht vorhanden sein im Ver-gleich zu der sich stets auskreuzenden und vonvielen fremden Vaterschaften gekennzeichnetenArt Arabidopsis lyrata. In der Tat konnten wir zei-

gen, dass sich das MEDEA-Protein in A. lyrata sehrviel schneller verändert hat als in A. thaliana. Ver-mutlich gibt es also wirklich einen Wettstreit zwi-schen Vater und Mutter auf der Ebene der Gene,und zwar um die MEDEA-Aktivität in Embryo undim Nährgewebe. Noch ist unklar, wie dieser Kon-flikt in der Zelle abläuft und die Aktivität vonMEDEA beeinflussen kann. Klar ist aber, dass sichdas verwandte SWINGER-Gen in den beidenArten gleich langsam entwickelt und sich somitaus dem "genetischen Geschlechterkampf" her-aushält.

Originalveröffentlichung· Charles Spillane, Karl J. Schmid, Sylvia Laoueillé-Duprat,

Stéphane Pien, Juan-Miguel Escobar-Restrepo, Célia

Baroux, Valeria Gagliardini, Damian R. Page, Kenneth

H. Wolfe & Ueli Grossniklaus, Positive darwinian selec-

tion at the imprinted MEDEA locus in plants, Nature,

July 19, 2007

KontaktDr. Karl SchmidLeibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), Gatersleben (früher Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena)E-Mail: karl@minzer-schmid.de

Pflanzenkrankheiten, die durch bodenbürtigePathogene verursacht werden, führen jährlichzu drastischen Ertrags-Einbrüchen in der Land-wirtschaft und dem Gartenbau. Es wird voneinem durchschnittlichen, jährlichen Verlustvon mindestens 30% der gesamten Ernte aus-

gegangen. Heute stößt die noch größtenteilsangewandte Strategie zur Eindämmung dieserVerluste durch Einsatz von chemischen Fungizi-den und Bakterioziden zunehmend an ihreGrenzen. Es können durch diese Agrochemika-lien keineswegs alle Pflanzenkrankheiten ver-

hindert werden. Zudem führt der Einsatz dieserChemikalien zu einer erhöhten Belastungpflanzlicher Nahrungsmittel und der Umwelt.Alternative Strategien, die gesundheitliche Ri-siken minimieren und eine nachhaltige Land-wirtschaft fördern, sind eine dringende Not-

Genomanalyse eines phytostimulatorischen Bacillus-StammesXiao Hua Chen, Alexandra Koumoutsi, Romy Scholz, Andreas Eisenreich, Kathrin Schneider, Isabelle Heinemeyer, Burkhard Morgenstern, Björn Voss, Wolfgang R. Hess, Oleg Reva, Helmut Junge, Birgit Voigt, Peter R. Jungblut, Joachim Vater, Roderich Süssmuth, Heiko Liesegang, Axel Strittmatter, Gerhard Gottschalk, Rainer Borriss

Abb. 1 Die Mutter hat alles unter Kontrolle. In dieser

geöffneten Samenschote sterben alle Samen ab, wel-

che ein defektes, mütterliches MEDEA-Gen geerbt

haben (weisse/braune Samen), während sich Samen,

die ein normales, mütterliches MEDEA-Gen erhielten,

normal entwickeln (grüne Samen). Der väterliche Bei-

trag in Bezug auf MEDEA hat keinerlei Einfluss auf die

Samenentwicklung. (Bild: U. Grossniklaus)

GenomXPress 3/07

Abbildung 1. Das Genom von B. amyloliquefaciens FZB42. Äusserer Kreis: Gene und

Gencluster für Synthese und Export von Sekundärmetaboliten/Antibiotika.

srf, Surfactin; sfp, Phospho-panthetheinyl-Transferase; pksA, Regu-

lator der Polyketid Synthese; mln, Macrolactin; bae, Bacillaen,

bmy, Bacillomycin D; fen, Fengycin; dif (dfn), Difficidin;

Rbce, Bacitracin Export; nrs, hybrid Polyketid/Cystein

enthaltende Peptid; dbh, Bacillibactin; Rspa, Subti-

lin Immunität; bac, Bacilysin; Rmrs, Mersacidin

Immunität. 1. Kreis: Alle Gene im Farbcode

entsprechend ihrer Funktion: Zell-Hülle und

molekulare Prozesse, grün; Informations-

prozesse, orange; Intermediärstoffwech-

sel: rosa; Andere Funktionen: rot; unbe-

kannt, schwarz. 2. Kreis: Gene, die

nicht in B. subtilis vorkommen. Dar-

unter vier große Metaboliten-Genclu-

ster (orange). 3. Kreis: DNA-Inseln 1-

17 (grün). 4. Kreis: GC-Gehalt-Profil.

5. Kreis: rRNAs (grün). 6. Kreis:

tRNAs (zyan). 7. Kreis: Prophagen

(schwarz), Transposons und IS Ele-

mente (rot), 8. Kreis: Maßstab (bp).

wendigkeit. Ein sehr vielverspre-chender Ansatz ist der, zumindest par-tielle, Ersatz von Agrochemikalien durchBioformulierungen auf der Basis „nützli-cher“ Bakterien und Pilze, die aus der pflanz-lichen Wurzelzone isoliert werden können. IhrEinsatz ist nicht nur für den ökologischen Land-bau, sondern auch für die sogenannte „kon-ventionelle“ Landwirtschaft von großem Inter-esse.

„Nützliche“ Bodenbakterien, die das Pflanzenwachstum fördernDie Forschung an Bakterien, die das Pflan-

zenwachstum positiv beeinflussen, hat einelange Historie. Vor mehr als einem Jahrhundertwurde mit der Erforschung der Prinzipien, dieder biologischen Kontrolle pflanzlicher Patho-gene zugrunde liegen, begonnen. Bereits 1897wurde der erste biologische Dünger für dieAnwendung bei Getreide unter dem Namen„Alinit“ vermarktet. Diese Bioformulierung, diein einer deutschen Fabrik bei Elberfeld, demVorgänger der heutigen Bayer AG, produziertwurde, bestand aus Bacillus subtilis, einem weitverbreiteten Bodenbakterium. Die Anwendungdes Biodüngers sollte zu einer Erhöhung desWachstumsertrages von bis zu 40% führen.Heute ist der phytostimulatorische Effekt, derdurch die Besiedlung der pflanzlichen Wurzel-zone durch nützliche Mikroben ausgeübt wird,

viel-fach do-k u m e n t i e r t .Allerdings sind die kom-plexen molekularen Prinzipien, die dieser Wir-kung zugrunde liegen, nur unzureichend ver-standen. Der überwiegende Teil unseres heuti-gen Kenntnisstandes beruht auf Untersuchun-gen, die in den letzten Jahrzehnten mit pflan-zenwachstumsfördernden Vertretern Gram-negativer Bakterien, insbesondere Pseudomo-nas fluorescens durchgeführt wurden. Offen-sichtlich überlagern sich hier zwei Effekte: Ne-ben einer direkten phytostimulatorischen Wir-kung, die durch bestimmte bakterielle Meta-bolite, wie z.B. bakteriell produzierte Phyto-Hormone, ausgeübt wird, unterstützen antago-nistische Effekte durch bakteriell produzierteSekundärmetabolite die pflanzenwachstums-fördernde Wirkung dieser Mikroorganismen.Diese beiden Wirkungen werden mit den Be-griffen „plant growth promotion“ (PGP) und„biocontrol“ umschrieben. Neuerdings wirdeine dritte Möglichkeit diskutiert: die Verstär-

kungder na-

tür l icher-weise in der

Pflanze vorhande-nen Abwehrreaktion

gegenüber pathogenen Ein-flüssen durch die Präsenz apathogener,

nützlicher Bakterien. Wir bezeichnen dieseReaktion als induzierte systemische Resistenz[ISR]. Ein wichtiger Grundstein für weiter-führende Forschungen zu diesen Problemkrei-sen wurde mit der 2005 erfolgten Veröffentli-chung der vollständigen Genomsequenz von P.fluorescens Pf5 gelegt (1). Trotz der sehr gutenEffekte, die durch die Anwendung ausgewähl-ter Pseudomonaden erzielt werden können,war die Anwendung industrieller Präparate die-ser Bakterien bisher wenig erfolgreich. Das istinsbesondere auf die mangelnde Lagerfähig-keit der Pseudomonaden, die bereits nach we-nigen Wochen abzusterben beginnen, zurück-zuführen. In dieser Hinsicht stellen Bacillen,deren Sporen eine nahezu unbegrenzte Lebens-dauer aufweisen, eine interessante Alternativedar. Tatsächlich konnten Vertreter verschiede-ner Bacillus Species einschließlich B. subtilis, B.amyloliquefaciens und B. pumilus als PGP-Rhi-

Forschung12

3,916,653

FZB42

0

1000

000

2000000

3000

000

1

23

45

6

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8910

1112

13

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15 16 17

srfsfp

pksA

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Rbc enr s

dbh

R sp a

bac

Rmrs

Forschung 13

zobakterien charakterisiert werden.Aus diesemGrunde ist es nicht sehr überraschend, daßnahezu alle Bioformulierungen, die für den Ein-satz in der Landwirtschaft und im Gartenbauangeboten werden, heute auf Repräsentantender Gattung Bacillus beruhen. Obwohl mikrobi-elle Präparate als Biodünger oder sogenannteBiokontroll-Agentien zunehmend eingesetztwerden, sind ihrer generellen Anwendung inder modernen Landwirtschaft zur Zeit nochsehr deutliche Grenzen gesetzt. Eine Ursachesind schwankende Anwendungserfolge, die derweiteren Verbreitung dieser umweltschonen-den Alternative zu chemischen Pestiziden undDüngern im Wege stehen. Hier werden zweiNachteile bei der Anwendung dieser Bakterien-gruppe gegenüber wachstumsförderndenPseudomonaden deutlich: (1) die gegenüberPGP-Pseudomonaden geringere Fähigkeit zurBesiedlung und zur Persistenz in der pflanzli-chen Rhizosphäre, sogenannte „Rhizosphären-kompetenz“ und (2) der vergleichsweise gerin-ge Kenntnisstand in der Grundlagenforschung,der vorhersagbare und reproduzierbare Erfolgebei der Anwendung dieser Organismen er-schwert.

Bacillus amyloliquefaciens FZB42, ein Umweltstamm mit industrieller BedeutungIn einem gemeinsamen Forschungsprojekt

der Humboldt-Universität Berlin und dem Labo-ratorium für Genomanalyse an der Georg-August-Universität Göttingen im Rahmen deslangjährig vom BMBF unterstützten Netzwerk-es GenoMik / GenoMik-Plus haben wir uns derEntschlüsselung der Genom-Sequenz einesPGP-Bacillusstammes, den wir von der BerlinerFirma Abitep GmbH unter der BezeichnungFZB42 erhalten haben, gewidmet.

Der aus der pflanzlichen Wurzelzone iso-lierte und als Bacillus amyloliquefaciens einge-ordnete Stamm FZB42, unterscheidet sich vonden Typstämmen seiner nächsten Verwandten,Bacillus subtilis 168 und Bacillus amyloliquefaci-ens F, durch die Fähigkeit zur Förderung desPflanzenwachstums und zur Unterdrückungdes Wachstums phytopathogener Organismen.Bioformulierungen, bestehend aus FZB42 Spo-ren, werden mit zunehmendem Erfolg unter derHandelsbezeichnung Rhizovital® zur Ertrags-steigerung in der Landwirtschaft und dem Gar-tenbau eingesetzt. Die beobachtete antagoni-stische Wirkung des Stammes beruht auf derProduktion der antifungal wirkenden Lipopept-ide Bacillomycin D und Fengycin (2). Die Poly-

ketide Difficidin und Bacillaen sind gegenüberphytopathogenen Bakterien besonders wirk-sam (3). Ein drittes Polyketid, Macrolactin,konnte vor Kurzem im Kulturfiltrat von FZB42nachgewiesen werden (4). Weitere biologischaktive Sekundärmetaboliten, die durch einennichtribosomalen Syntheseweg hergestelltwerden, sind Bacilysin und das Eisen-Sidero-phor Bacillibactin (5). Mit diesem Spektrumbiologisch aktiver Substanzen ist FZB42 für sei-nen kompetitiven Lebensstil in der pflanzlichenWurzelzone gut gerüstet. Der positive Einflussauf das Pflanzenwachstum erklärt sich u.a.durch die Fähigkeit zur Produktion des Phytoh-ormons Indolyl-Essigsäure (6). Die natürlicheFähigkeit zur Aufnahme und zum Einbau vonDNA ermöglicht die Anwendung diverser gene-tischer Techniken und macht FZB42 zu einemhervorragenden Modellobjekt für funktionelleGenomstudien.

Besonderheiten des FZB42-GenomsDas knapp 4 Megabasenpaare große Ge-

nom von FZB 42 enthält 3.693 Protein-kodie-rende Sequenzen und besitzt im Gegensatz zuB. subtilis keine ausgedehnten Phageninsertio-nen (7). Zahlreiche der 214, nur bei B. amyloli-quefaciens vorkommenden Gene verteilen sichauf insgesamt 17 „DNA-Inseln“, die in daskonservierte „Kerngenom“ inseriert sind(Abb.1). Es ist anzunehmen, dass viele vonihnen Funktionen kodieren, die mit dem pflan-zenassoziierten Lebensstil dieses Stammes inZusammenhang stehen. So befindet sich bei-spielsweise auf der ca. 29 kb großen DNA-Insel7 ein kompletter Gensatz, der die externeHydrolyse der pflanzlichen Hemicellulose Arabi-nogalactan, den Transport der Spaltprodukte indie Zelle und deren abschliessende Metaboli-sierung bis zur Einschleusung in den zentralenStoffwechsel dirigiert. Ein hervorstechendesMerkmal des FZB42 Genoms ist die Anwesen-heit von insgesamt neun Genclustern, die dienichtribosomale Synthese von bioaktiven Pept-iden und Polyketiden steuern. Insgesamt ste-hen 8,5% der genomischen Sequenz für dienichtkonventionelle Synthese von Antibiotikaund Siderophoren zur Verfügung. Dieser Wertübertrifft deutlich den entsprechenden Anteilfür die Sekundärmetabolitenproduktion inStreptomyces avermitilis, einem Stamm, der fürdie Synthese eines breiten Spektrums von Anti-biotika bekannt ist, und ist doppelt so hoch,wie bei dem verwandten Modellorganismus B.subtilis 168.

Die Kenntnis der gesamten Genomse-quenz eines pflanzenassoziierten Bacillus-Stammes mit einem unerwartet hohen Potenti-al zur Synthese einer Vielzahl antagonistischwirkender Substanzen ermöglicht jetzt eine ge-zielte Auswahl und Weiterentwicklung vonpflanzenwachstumsfördernden Stämmen mitvorhersagbaren Wirkungsmechanismen.

Literatur1. Paulsen et al. (2005) Complete genome sequence of

the plant commensal Pseudomonas fluorescens Pf-

5. Nature Biotechnology 23: 873-878

2. Koumoutsi, A., Chen, X. H., Henne, A., Liesegang,

H., Hitzeroth, G., Franke, P., Vater, J., Borriss, R.

(2004) Structural and functional characterization of

gene clusters directing nonribosomal synthesis of

bioactive cyclic lipopeptides in Bacillus amylolique-

faciens strain FZB42. J. Bacteriol. 186:1084-1096

3. Chen, X. H., Vater, J., Piel, J., Franke, P., Scholz, R.,

Schneider, K., Koumoutsi, A., Hitzeroth, G., Gram-

mel, N., Strittmatter, A. W., Gottschalk, G., Süs-

smuth, R. D., Borriss, R. (2006) Structural and func-

tional characterization of three polyketide synthase

gene clusters in Bacillus amyloliquefaciens FZB42. J.

Bacteriol. 188:4024-4036

4. Schneider, K., Chen, X.-H., Vater, J., Franke, P.,

Nicholson, G., Borriss, R., Süssmuth, R. (2007)

Macrolactin is the polyketide biosynthesis product

of the pks2 cluster of Bacillus amyloliquefaciens

FZB42. J. Nat. Prod. in press

5. Chen, X. H., Koumoutsi, A., Scholz, R., Borriss, R.

(2007a) More than anticipated – production of anti-

biotics and other secondary metabolites by Bacillus

amyloliquefaciens FZB42. JMMB in press

6. Idris, E.E., Iglesias, D. J., Talon, M., Borriss, R. (2007)

Tryptophan-dependent production of indole-3-ace-

tic acid (IAA) affects level of plant growth promoti-

on by Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Mol. Plant

Microbe Interact. 20:619-626

7. Chen X. H., Koumoutsi, A., Scholz, R., Eisenreich,

A., Schneider, K., Heinemeyer, I., Morgenstern, M.,

Voss, B., Hess, W. R., Reva, O., Junge, H., Voigt, B.,

Jungblut, P. R., Vater, J., Süssmuth, R., Liesegang,

H., Strittmatter, A., Gottschalk, G., Borriss, R.

(2007b) Comparative analysis of the complete

genome sequence of the plant growth promoting

Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Nature Bio-

technology 25, 19. August (online)

KontaktProf. Dr. Rainer BorrissBakteriengenetik, Institut für BiologieHumboldt Universität zu Berlinrainer.borriss@rz.hu-berlin.de

Forschung

GenomXPress 3/07

14

Epigenomkartierung als Beitrag zur Funktionellen GenomikNach der vollständigen Sequenzierung des

menschlichen und anderer Säugergenomestellt die funktionelle und charakterisierendeUntersuchung von Genen und Sequenzeigen-schaften eine neue Herausforderung für dieWissenschaft dar. Einen wichtigen Beitrag zudiesem Forschungsbereich leistet die Epigeno-mik. Sie beschäftigt sich mit der DNA überge-ordneten oder „aufgesetzten“ (gr. epi=aufge-setzt) Informationen und deren funktionellerCharakterisierung. Epigenomische Veränderun-gen treten natürlich im Verlauf der Entwicklungund der Alterung auf, sind aber auch mit krank-haften Veränderungen der Genregulation undGenomstruktur assoziiert (eine kurze Übersichtbietet dazu Feinberg, A., Nature 447, 433-440,2007). Wichtige Mechanismen zur Etablierungund dem Erhalt epigenetischer Informationstellen Histon-Modifikationen sowie DNA-Methylierung der C5-Position des Cytosins imCpG-Kontext entlang des Genoms dar. DieseModifikationen werden genutzt, um die Struk-tur der Chromosomen zu moduliereun und dieExpression von Genen vor allem an regulatori-schen Elementen (Promotoren, Enhancern,Silencern etc.) zeitlich und entwicklungsspezi-fisch zu steuern. Viele Untersuchungenbeschäftigen sich mit der Anaylse von DNA-Methylierungsveränderungen an Promotoren.Hier findet man häufig – aber nicht ausschließ-lich – die Situation, daß unmethylierte Promo-toren mit der Expression von Genen einherge-hen, während DNA-Methylierung dieser Pro-motoren zur Reduktion oder Abschaltung derGenexpression führt. In der Literatur sind aberauch viele Fälle beschrieben, in denen dieseKorrelation nicht zwingend zu sein scheint. Umden genauen Zusammenhang zwischen epige-netischer Modifikation an Promotoren und

Genxpression analysieren zu können, wird esnotwendig sein, hochauflösende epigenetischeKarten (DNA-Methylierung und Histon-Modifi-kationen) zu erstellen. Einige Pilotexperimentewurden dazu bereits im Rahmen des humanepigenome project (HEP; siehe auchhttp://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.0000082) durchgeführt und bezeugen die Bedeutungdieses Ansatzes für das generelle Verständnisepigenetischer Genregulation (Eckhardt et al.,Nat Genet. 2006, 38, 1378-85). In den USAwurden auch erste Pilotregionen hinsichtlich

ihrer epigenetischen Modifikationen im Rah-men des ENCODE (Encyclopedia of DNA Ele-ments) Programms untersucht. In Kürze wirdein umfassendes Programm (AHEAD: Alliancefor the Human Epigenome and Disease) mitUnterstützung des NIH (USA) aufgelegt, daßsich zum Ziel setzt, das menschliche Genomhinsichtlich seiner epigenetischen Modifikatio-nen in verschiedenen Zelltypen zu analysierenund umfassend bioinformatisch zu annotieren.Eines der zentralen Aufgaben wird es sein,Zusammenhänge mit Erkrankungen (vor allem

NAME21: DNA-Methylierungskartierung des humanen Chromosoms 21DNA-Methylierungskartierung in Pilotprojekten der Systematisch-Methodischen Plattform Epigenetik des Nationalen Genomforschungsnetzes (NGFN)

Sascha Tierling1, Christian Rhode2, Ying Ying Zhang2, Diana Santacruz1, Albert Jeltsch2, Jörn Walter1

Abb.1: Experimentelle Vorgehensweise zur DNA-Methylierungskartierung

Klassifizierung aller Gene auf Chromosom 21 und die Behandlung chromosomaler DNA aus verschiedenen Zellini-

en und Geweben mit Bisulfit-Reagenz bilden die Vorraussetzung, um die zu analysierenden Amplicons zu erhal-

ten. Die Amplicons wurden dann mittels drei verschiedener Analysemethoden untersucht, wobei Klonierung und

Sequenzierung die detailliertesten Ergebnisse liefert (siehe Text). Alle erhaltenen Daten werden dann in eine Inter-

net-Datenbank eingegeben und mit weiterführenden Analysen interpretiert.

Krebs) systematisch zu untersuchen. Im Rah-men des SMP Epigentik (NGFN2) wurden ähn-liche Zielsetzungen in mehreren SMP Pilotpro-jekten (SMP Epigenetik: http://www.gesund-heitsforschung-bmbf.de/de/1066.php) ver-folgt. Als eines dieser Pilotprojekte haben wirin Abstimmung mit dem HEP Konsortium (Chro-mosom 6, 20, 22) begonnen, eine DNA-Methy-lierungslandkarte des menschlichen Chromo-soms 21 in verschiedenen Zellen/Geweben zuetablieren (Jeltsch et al, 2006, Cancer Res. 66,7378).

Das menschliche Chromosom 21 wirdlandläufig auch als Down-Syndrom-Chromo-som bezeichnet, da es in Down-Syndrom-Pati-enten entweder teilweise oder gänzlich in drei-facher Kopie vorliegt. Das zusätzliche Chromo-som führt zu erhöhter Expression (etwa 1,5-fach) verschiedenster Gene auf dem Chromo-som, die im Zusammenspiel die individuellunterschiedlichen Symptome des Down-Syn-droms auslösen. Es ist bekannt, daß nicht alleGene des Chromosoms in höherer Dosis vorlie-gen, was eine komplexe epigenetisch modu-lierte Expression der Gene in einer trisomenSituation suggeriert. Da DNA-Methylierung eindirekter Weg zur Beeinflussung der Genexpres-sion darstellt, ist die Untersuchung von Genenin dieser Hinsicht von besonderem Interesse.

Erfassung aller Genpromotoren in verschiedenen ZelltypenZiel des Forschungsprojektes „Epigeneti-

sche Kartierung des humanen Chromosoms21“ ist die detaillierte Erfassung aller Genpro-motoren in Bezug auf DNA-Methylierung undihre Variation in verschiedenen Zelltypen. Kar-tiert werden dabei verschiedene „normale“wie auch trisome Zellen. Als Methode zurBestimmung der DNA-Methylierung wurde diebisulfit-gestützte genomische Sequenzierunggewählt, da sie als einzige Methode eine hoch-auflösenden Kartierung ermöglicht. Grundlagefür diese Methode ist eine zunächst erfolgendeModifikation von Cytosin-Basen in der genomi-schen DNA. Nach Vervielfältigung (PCR) undSequenzierung dieser modifizierten DNA kön-nen methylierte und unmethylierte Cytosinepositionsgenau bestimmt und „annotiert“ wer-den . Die nach der PCR erhaltenen oftmalsgemischten Methylierungsmuster einzelnerRegionen können entweder mit Hilfe von direk-ter Sanger-Sequenzierung oder Pyro-Sequen-zierung hinsichtlich des Gesamtmethylierungs-zustandes untersucht werden. Um einengenauen Überblick der Verteilung der Methy-lierung auf einzelnen Chromosomen zu erhal-ten, wurden zudem umfassende Einzelanalysenklonierter PCR Produkte durchgeführt. Da dieMethoden unterschiedliche technische und

informative Vor-und Nachteile haben, wurdenin dem Pilotprojekt alle drei Verfahren z. T. par-allel oder komplementär eingesetzt, um denMethylierungszustand einzelner CpG-Positio-nen in Promotorsequenzabschnitten möglichsteffizient, umfassend und genau zu bestimmen(Fig. 1, 2).

Epigenetische Charakterisierung des Down-Syndrom-ChromosomsIm ersten Schritt wurden mit Hilfe unter-

schiedlicher Annotationsdatenbanken die Genedes Chromosom 21 identifiziert. Pseudogeneund nicht klar annotierte Gene wurden von derAnalyse ausgeschlossen. Insgesamt wurden so196 Gene und deren putative Promotorregio-nen bestimmt, 155 dieser Promotorregionenerwiesen sich als CpG reich (d.h. erfüllen Cha-rakteristika von CpG Inseln) während die rest-lichen 41 Promotoren relativ CpG-arm sind. Damehrere Gene alternative Promotorenund/oder eine zweite CpG-reiche Region imBereich putativer Promotoren besitzen, wurdeninsgesamt 278 vervielfältigte Sequenzab-schnitte (Amplikons) untersucht. Für die erstenKartierungsanalysen wurden folgende Zel-len/Gewebe ausgesucht: Vollblut, primäreFibroblasten, embryonale Leberzellen (HEPG2),sowie embryonale Nierenzellen (HEK293).

Die direkte Sequenzierung von Einzelam-

Forschung 15

Abb. 2: A Lollipop-Schema zur

DNA-Methylierungsanalyse

Beispielhaft gezeigt ist die Methylie-

rungsanalyse eines Amplicons mit 28

CpG-Positionen; dargestellt sind fünf

analysierte Klone, die gefüllten oder

leeren Kreise symbolisieren den Methy-

lierungsstatus der jeweiligen CpG-Positi-

on (gefüllt – methyliert, leer – unmethy-

liert)

B Balken-Diagramm zur

DNA-Methylierungsanalyse

Beispielhaft gezeigt sind die ersten 26

CpG-Positionen des in A dargestellten

Amplicons; angegeben ist für jede Posi-

tion die Anzahl methylierter und unme-

thylierter CpG-Positionen aus der Ge-

samtheit analysierter Klone; gelb –

methyliert, blau – unmethyliert

Die Analysen wurden durchgeführt mit

BiQ-Analyzer, frei erhältlich unter

http://biq-analyzer.bioinf.mpi-

inf.mpg.de/

Forschung

GenomXPress 3/07

16

plikons (d.h. ohne Klonierung) erwies sichdabei in vielen Fällen als schnelle und einfacheMethode, um einen generellen Überblick deslokalen Methylierungszustandes eines Promo-tors zu bekommen. Da bei dieser Methode sichmethylierte und unmethylierte Positionen inden Chromatogrammen überlagern, war dieAuswertung gemischt methylierter Amplikonsjedoch nur bedingt möglich. Klare quantitativeAussagen erzielt diese Methode nur, wenn voll-ständig methylierte oder unmethylierteSequenzen/Positionen vorliegen. Um Methylie-rungsmosaike in diesen „gemischten“ Ampli-kons bestimmen zu können, wurde daherzudem die Pyro-Sequenzierung herangezogen,die eine exakte quantitative Bestimmung desVerhältnisses methylierter/unmethylierte Basenerlaubt. Ihr Nachteil besteht jedoch in dergeringen Prozessivität, so dass maximal zweioder drei CpG-Positionen pro Reaktion undAmplikon auf einmal analysiert werden kön-nen. Um präzise und chromosomenspezifischeAussagen über Methylierungszustände zuerhalten, wurden deshalb gemischt methylierteAmplikons kloniert (vereinzelt) und mittels San-ger-Sequenzierung analysiert. Insgesamt wur-den für etwa 150 gemischt methylierte Ampli-kons ca. 15000 Einzel-Methylierungsprofileerstellt. Für die systematische Evaluierung undQuantifizierung dieser Sequenzdaten wurdeeigens im Labor in Zusammenarbeit mit demMPI für Informatik (Saarbrücken) eine Auswer-tesoftware entwickelt (BiQ-Analyzer, http://biq-analyzer.bioinf.mpi-sb.mpg.de).

Insgesamt werden die mit Hilfe der dreiMethoden erhaltenen Sequenzdaten statistischerfasst und analysiert. Die Daten werden dannin einem öffentlich zugänglichen Genombrow-ser annotiert. Die UCSC-Plattform wurde hier-für als geeignet ausgewählt. In dieser Browser-Oberfläche werden sowohl die prozessiertenals auch die Primärdaten öffentlich dargestelltwerden. Im einzelnen werden 1. Die Promotor-Regionen entsprechend ihres Methylierungs-grades in Gruppen eingeteilt: 0-30% hypome-thyliert, 30-70% komplex-methyliert, >70%hypermethyliert. 2. Die gewebespezifischenMethylierungs-Profile gegeneinander darge-stellt und 3. Die Methylierungsmuster individu-eller Chromosomen in einzelnen Geweben imHinblick auf ihre Variabilität und Musterbil-dung dargestellt.

Mit Hilfe dieser Daten lassen sich dannZusammenhänge von DNA-Methylierungszu-stand mit Gen-Expression, der Bindung vonregulatorischen Faktoren, der Korrelation zu

anderen Chromatinmodifikationen, sowie derSequenz/Genomstruktur der Gene untersu-chen. Die in Kürze öffentlich zugänglichen Me-thylierungsannotationen sowie damit durch-führbare weitere Analysen werden eine Reihevon neuen Ansatzpunkten für das Verständnisder Gene des Chromosoms 21 in normalen undpathologischen Situationen liefern.

Eine Reihe von UnterschiedenErste Analysen deuten an, dass die Mehr-

zahl der Gene in primären Zellen (Vollblut undadulte Fibroblasten) an Promotoren generellhypomethylierter ist als in den weit verbreite-ten und genutzen Zellkulturzellen (HEK293,HEPG2). Zudem sind die Methylierungmusterder primären Zellen homogener als in embryo-nalen Zellen (Fig. 2A, 2B). Darüber hinaus las-sen sich eine Reihe von gewebe- und stadi-enspezifischen Unterschieden herausarbeiten.Von allen untersuchten Amplikons weisen fastdie Hälfte Methylierungsunterschiede (von>30%) zwischen einzelnen Geweben/Zellen/Zelllinien auf. Die meisten Methylierungs-Un-terschiede weisen die in vitro kultivierten HEK-Zellen und HEP-Zellen auf, während Lymphob-lasten (Blut) im Vergleich zu primären Fibrobla-sten sich nur ca. in ca. 8% der Gene/Promo-toren unterscheiden.

Nachdem die Daten aller vier Zelliniennahezu komplett vorliegen, treten Fragen nachder Verknüpfung zwischen Sequenz oder loka-ler Genomstruktur und Methylierungsvariabi-lität in den Vordergrund. So könnte die Größeder CpG-Insel, genauso wie deren evolutions-biologische Konservierung und der Gehalt anretroviralen Elementen von Bedeutung sein.Auch die Chromatinstruktur könnte eine Rollefür den Grad an DNA-Methylierung spielen.Bernstein und Kollegen ermittelten und kartier-ten 2005 einige Histonmarkierungen entlangdes Chromosoms 21, die für eine offene Chro-matinstruktur und damit für Bereiche aktiverGenexpression stehen. Erste Vergleiche unsererDNA-Methylierungsdaten mit diesen Datendeuten eine starke Korrelation zwischen akti-ven Histonmarkierungen und unmethyliertenPromotoren an. Es ist zu erwarten, daß in naherZukunft weitere ChIP-Chip basierte Daten (wiez.B. für repressive HistonmofikationenH3K9me, H3K27me) veröffentlicht werden, dieeine umfassendere integrierte Analyse unsererhochauflösenden DNA-Methylierungsdaten imZusammenhang mit anderen epigenomischenVeränderungen ermöglichen

Im Vordergrund weitergehender Analysen

stehen zudem - nach der Etablierung von„Referenz-Epigenomen“ normaler diploiderZellen - die Analysen trisomer Chromosomen-konstellationen. Hier wurde damit begonnen,zunächst Gene zu analysieren, die durch„ungewöhnliche“ Expressionwerte auffallen.In einem weiteren Teilprojekt werden dieerworbenen Chromosom 21-Epigenommusterdes Menschen mit denen des Chromosoms 22des Schimpansen verglichen, um festzustellen,in wie weit sich epigenetische Veränderungenin beiden nah verwandten und genetisch sehrgleichen Spezies finden lassen und wie diesemit evolutiven Veränderungen der Genom-struktur korrelieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dassdas NAME21-Projekt detaillierte Einblicke indie chromatinabhängige Genregulation liefernwird und so signifikant zu einem besseren Ver-ständins der komplexen genomischen Effektedes Chromosoms 21 in pathologischen Zusam-menhängen, wie z. B. Down-Syndrom, beitra-gen wird.

Referenzen1. Bock, C., Reither, S., Mikeska, T., Paulsen, M.,

Walter, J. und Lengauer, T. (2005) BiQ Analyzer:

visualization and quality control for DNA methy-

lation data from bisulfite sequencing. Bioinfor-

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2. Bernstein, B.E., Kamal, M., Lindblad-Toh, K.,

Bekiranov, S., Bailey, D.K., Huebert, D.J., McMahon,

S., Karlsson, E.K., Kulbokas, E.J. 3rd, Gingeras, T.R.,

Schreiber, S.L. und Lander, E.S. (2005) Genomic

maps and comparative analysis of histone modifica-

tions in human and mouse. Cell 120: 169-181.

3. Jeltsch, A., Walter, J., Reinhardt, R. und Platzer, M.

(2006) German human methylome project started.

Cancer Res. 66: 7378.

Web-Referenzenwww.ensembl.orgwww.genome.ucsc.edu/

Kontakt Sascha TierlingUniversität des SaarlandesFR 8.3 BiowissenschaftenGenetik/Epigenetik, SaarbrückenE-Mail: s.tierling@mx.uni-saarland.de

1 Universität des Saarlandes, FR 8.3 Biowis-senschaften, Genetik/Epigenetik, 66123,Saarbrücken2 Jacobs Universität Bremen, BiochemischesInstitut, Campus Ring 1, 28759 Bremen

Forschung 17

Die Identifizierung von mutierten Genen sowieregulatorischen Elementen, die eine treibendeFunktion in der Onkogenese haben, ist einweltweit verfolgtes Ziel der Krebsforschung.Hochdurchsatz DNA-Sequenzierung ermöglichtnun eine weitreichende Charakterisierung vonkrebsrelevanten Mutationen und epigeneti-schen Abnormalitäten im menschlichen Genom.

Häufigste genetische ErkrankungVeränderungen in der DNA-Sequenz tu-

morrelevanter Zielgene sind oft ausschlagge-bend bei Entstehung, Progression und Meta-stasierung verschiedenster Krebserkrankun-gen. Während der Lebensspanne eines Men-schen wird das Genom in den somatischen Kör-perzellen vielfältigen Mutagenen ausgesetztund aufgrund von Fehlern in der DNA-Replika-tion, bzw. des Repair-Mechanismus verändert.Durch diese Vorgänge divergiert die DNA-Sequenz in jeder Zelle zunehmend von der ur-sprünglichen Version in der befruchteten Eizel-le. Gelegentlich ändert eine dieser somatischenMutationen die Funktion eines kritischen Gens,so dass die Zelle einen Wachstumsvorteil erhältund der betroffene Zellklon schneller als dieübrigen Zellen expandiert. Die Akkumulation

von weiteren Mutationen und entsprechendeklonale Expansion kann dann zur malignenTransformation und Metastasierung führen. Inder westlichen Welt entwickelt einer von dreiMenschen Krebs und einer von fünf Menschenstirbt an dieser Krankheit, die damit die häu-figste genetische Erkrankung weltweit dar-stellt. Von keiner anderen Erkrankung kennenwir eine auch nur annähernd vergleichbare Fre-quenz von DNA Mutationen. Gegenwärtig wird1% aller menschlichen Gene aufgrund vonMutationen in Zusammenhang mit Krebs ge-bracht. Von diesen zeigen ca. 90% somatischeMutationen bei Krebs, 20% zeigen Keimbahn-mutationen, die ein Prädisposition für Krebsvermitteln, und 10% werden sowohl in derKeimbahn als auch in somatischen Zellenmutiert gefunden. [6]

Hochdurchsatz-sequenzierungstechnologie in der KrebsforschungDas internationale „Cancer Genome Pro-

ject“ mit den Protagonisten am NIH/NCI undam Wellcome-Trust-Sanger-Center nutzt dieInformation der Sequenz des menschlichenGenoms in Kombination mit Hochdurchsatz-

Mutations-Nachweistechniken, um solche so-matischen Mutationen in den Genomen vonKrebszellen zu entdecken und damit Gene zuidentifizieren, die bei der Entwicklung vonKrebs eine kritische Rolle spielen. Es ist nichtüberraschend, dass deshalb die neuen Ansätzeder Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung insbe-sondere im Cancer Genome Project ihre erstebreite Anwendung in der biomedizinischen For-schung finden. Erste Daten von solchenSequenzierungen zeigen eine Mutationshäufig-keit in der kodierenden (und nicht kodierenden)DNA, die alle bisherigen Vorstellungen weitübersteigt.

Internationale InitiativeVor diesem Hintergrund und um innerhalb

dieser internationalen Initiative einen entschei-denden Beitrag leisten zu können, werden dieim Zuge des NGFN etablierten Ressourcen, ins-besondere die umfangreichen Sammlungen ansehr gut klinisch und biologisch definierterTumoren, innerhalb der drei NGFN-Krebsnetzeverwendet. Durch den Einsatz des „GenomeSequencer FLX Systems“ von Roche Diagno-stics wird Hochdurchsatz-DNA Sequenzierungvon cDNA Sammlungen und Exons der ent-sprechenden Tumoren durchgeführt. Diesesystematischen Analysen verfolgen das Ziel, einumfassendes Bild der Mutationen in den kodie-renden Abschnitten der entsprechenden Tumor-genome zu erhalten. Die Mitwirkung von Part-nern des NGFN an diesem wegweisenden Vor-haben ist für die internationale Stellung derGenomforschung in Deutschland wesentlichund dient als Brücke zu den Aktivitäten vonNIH/NCI und dem Wellcome-Trust-Sanger-Center.

Service für PartnerDie Etablierung der Hochdurchsatzse-

quenzierungstechnologie in Form von Beschaf-fung und Aufstellung des Gerätes am DKFZwurde durch die Förderung im Rahmen desNGFN ermöglicht. Das DKFZ selbst unterstütztdas Vorhaben durch die Bereitstellung von Per-sonal und Expertise.

Krebsverursachenden Mutationen auf der SpurHochdurchsatzsequenzierung: Einsatz der Genome Sequencer FLX Technologie im Rahmen des Nationalen Genomforschungsnetzes (NGFN)

Gerald Nyakatura, Anne Arens, Bernhard Korn

Abb. 1: Verteilung der Sequenzleselängen in einem typischen Sequenzierlauf

auf dem „Genome Sequencer FLX System“

Forschung

GenomXPress 3/07

18

Durch die Etablierung der Hochdurchsatz-sequenzierungseinheit innerhalb der Genomicsund Proteomics Core Facility am DKFZ wirdauch der Zugang für universitäre und ausseru-niversitäre Partner ermöglicht und die Nutzungdes Gerätes als Service für Partner innerhalbdes NGFN sichergestellt. Nähere Informationenzur Technologie, Serviceleistungen und Kon-taktdaten sind auf der Website der Serviceein-heit www.dkfz.de/gpcf zu finden.

Das Genome Sequencer FLX SystemBei dieser Technologie kommt die Metho-

de der Pyrosequenzierung zum Einsatz. Einzel-ne DNA Moleküle mit für die Sequenzierungund PCR spezifischen Primer-Sequenzen wer-den jeweils auf kleinen Beads (Mikropartikeln)immobilisiert. Diese DNA wird durch Emulsi-ons-PCR (emPCR) angereichert, damit bei derSequenzierung ein ausreichend starkes Signalentsteht. Sequenziert wird durch die Synthesedes komplementären DNA-Stranges. Bei jedem

Einbau eines Nukleotids wird Pyrophosphatabgespalten und so Energie freigesetzt, die inPhotone umgewandelt werden. Diese werdenmit Hilfe einer Kamera gemessen. Die entste-henden Bilder werden von einer Software inter-pretiert und in die entsprechende Basense-quenz übertragen. Der FLX ermöglicht zweitechnologisch verschiedene Ansätze: In beidenFällen können bis zu 400.000 Einzelsequenzenpro Lauf erzielt werden. Die Sequenzlänge liegtzwischen 100 und 300 bp, dadurch werdeninnerhalb eines Tages bis zu 100 Mb an Roh-daten generiert [2, 3, 5] (siehe auch Bild1). Zur-zeit ist es möglich bis zu 16 unabhängige DNA-Proben in einem Sequenzierlauf zu analysieren.In Zukunft wird es jedoch durch Einbringen vonIdentifizierungskodes möglich sein diese Zahldrastisch zu steigern.

Sehr gute und anschauliche Beschreibun-gen des Systems sind auf den Websites der Pro-duzenten und Vertreiber des Systems zu finden:www.roche-applied-science.com/sis/sequen-cing/index.jsp, www.454.com.

LAM-Projekt zur Identifikation genomischer SequenzmutationenEin weiterer Ansatz der sequenzgenauen

Zuordnung von Variationen und Mutationsstel-len genomischer DNA in Tumorzellen stellt dassogenannte LAM-Projekt von Prof. Christof vonKalle im Deutschen Krebsforschungszentrum(DKFZ) mit dem Ziel der Identifikation genomi-scher Sequenzmutationen auf der Basis einerHochdurchsatzsequenzierung dar. In diesemumfangreichen Projekt werden systematischgenomische Insertionsstellen retroviraler Vek-toren in hämatopoietischen Zellen analysiert.Eine linear amplifikations-vermittelte PCR(LAM) erlaubt es, in hochkomplexen Gemi-schen, bis zum Einzelzellniveau unbekannteDNA-Flanken in der Nähe bekannter Sequen-zen oder die DNA betreffender chemischerEreignisse zu identifizieren und zu sequenzie-ren. Durch LAM-Untersuchungen retro- undlentivirale Integrationsstellen in präklinischenVersuchen wie auch in klinischen Studien konn-te der klonale Beitrag einzelner genmarkierterStamm- und Vorläuferzellen direkt aus komple-xen Gemischen des peripheren Blutes und desKnochenmarks minimal invasiv ermittelt wer-den. Die Daten erlaubten erstmalig zuverlässi-ge Annäherungen an die wirkliche Anzahl deran der hämatopoietischen Repopulation nachautologer Transplantation beteiligten Zellklonein präklinischen Tiermodellen und in klinischenGentherapiestudien. Diese Integrationsstellen-analysen ermöglichten darüber hinaus dasErfassung und präzise Vorhersage potentiellerNebenwirkungen auf molekularer Ebene. Inden letzten 5 Jahren wurden aus drei der welt-weit erfolgreichsten Gentherapiestudien mehrals 3000 patientenrelevante Integrationsstel-len identifiziert und sequenziert(siehe auch Bild2). Diese Integrationsstellen sind teilweise vonhochsignifikantem Einfluß auf das Verhaltender betroffenen Klone in vivo. Aus diesemGrund sind diese Daten nicht nur für die ange-wandte medizinische Forschung von Bedeu-tung, sondern enthalten wertvolle Informatio-nen mit Bezug auf grundsätzliche Fragestellun-gen der Genregulation der betroffenen Stamm-zellsysteme beim Menschen in vivo und bietenneuartige therapeutische Ansätze in der Häma-tologie, Onkologie und Virologie

Tumor-relevante microRNAsFerner wird das Genom Sequencer FLX

System in einem Projekt von Dr. Michael Bou-tros (DKFZ) zur Identifizierung und Mutations-

Abb. 2: Visualisierung von Retrovireninsertionsstellen im menschlichen Genom mit dem KaryoView Programm von

Ensembl (www.ensembl.org). Der dargestellte Zahlenwert entspricht der Anzahl von Sequenzreads, die eine Viru-

sinsertionsstelle im jeweiligen Chromosom zugeordnet werden können.

Forschung 19

analyse von sogenannten microRNAs (miRNAs)eingesetzt. MicroRNAs sind kleine, 21bp langenichtkodierende RNAs deren Bedeutung für dieTumorentstehung in den letzten Jahren deutlichwurde. Es wurden bisher mehrere hundert miR-NAs im menschlichen Genom identifiziert, dieeine Vielzahl von Genen, insbesondere auchOnkogene, posttrankriptionell steuern. EineSequenzierung von prä-miRNA Bibliothekenverschiedener Tumorentitäten ermöglichtsowohl eine relative Quantifizierung der miR-NAs als auch die Identifikation von Mutatio-nen, die eine weitreichende Fehlregulation ver-ursachen. Die vergleichende Sequenzierungvon miRNA Bibliotheken mit Hilfe der GenomeSequencer FLX System erlaubt es, präzise Vor-hersagen über die Zusammenstellung dermiRNA Expression und Sequenzmutationen zumachen, die sowohl für grundlegende Fragender Tumorigenese, als auch für diagnostischeApplikationen eingesetzt werden können.

Technologieentwicklung und Ausblick Noch liegen die Kosten für die Entschlüs-

selung eines menschlichen Genoms im Millio-nen-Euro-Bereich. Eine individualisierte Se-quenzierung des gesamten menschlichen Ge-

noms, welches Grundlage einer personalisier-ten Medizin wäre, ist unter diesen Umständenfinanziell noch nicht darstellbar. Es ist dahernotwendig Methoden zu entwickeln, die diegezielte Sequenzierung von relevanten subge-nomischen Bereichen ermöglichen wie zumBeispiel einer großen Anzahl von Exons, ausge-suchter Promotoren oder aber auch größererGenomabschnitte, die Gene enthalten, bei de-nen man ein Zusammenhang mit einembestimmten Krankheitsbild vermutet. Das DKFZarbeitet zurzeit mit einem Industriepartner ander Entwicklung von Reagenziensystemen undHardware, die diese gezielte subgenomischeFraktionierung unter Umgehung der bisherigenarbeits- und zeitintensiven Subklonierung zuermöglichen. Dadurch soll mittelfristig der Ein-satz der Hochdurchsatzsequenzierung für dasPatientenscreening einsetzbar werden und dieSequenzanalyse von klar zu definierendengenomischen Regionen ermöglicht werden.

Das internationale Streben nach neuenHochdurchsatzsequenzierungstechnologienzielt mittelfristig darauf ab, die Kosten weitgenug zu senken, um eine individualisierteGenomsequenzierung zu ermöglichen. Das1000-Dollar-Genom ist hier das internationalgesetzte Ziel [1,4].

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3. Marcus Droege, Biochemica Newsletter, (2007),

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4. Robert Service, Science, (2006), Vol. 311, pages

1544-1546, The Race for the $1000 Genome.

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pages 31-33, DNA-Sequenziertechnologien der

nächsten Generation

6. P. Andrew Futreal et al., Nat. Rev. Cancer, (2004),

Vol.4, pages 177-183, A Census of Human Cancer

Genes.

KontaktGerald NyakaturaGenomics and Proteomics Core FacilityDeutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)E-Mail: g.nyakatura@dkfz-heidelberg.de

Autismus ist eine neuropsychiatrische Erkran-kung mit einem definiertem Spektrum an Ver-haltensstörungen, die in der internationalenKlassifikation der Erkrankungen (ICD-10) in derGruppe der tiefgreifenden Entwicklungsstörun-gen in drei Symptomkomplexe eingeteilt wer-den (Abb. 1). Störungen der sozialen Interakti-on und Kommunikation betreffen unter ande-rem das Verständnis von Emotionen und sozia-len Verhaltensweisen anderer Menschen undsomit der Unfähigkeit soziale Kontakte zuknüpfen. In vielen Fällen wird eine gestörteoder fehlende Sprachentwicklung festgestellt.Sehr ausgeprägt können restriktive Interessenund stereotype Aktivitäten sein, die sich bei-spielsweise in sich wiederholenden Tätigkeiten,

ritualisierten Tagesabläufen aber auch schwe-ren Selbstverletzungen manifestieren. Für dieDiagnose Autismus müssen die Entwicklungs-störungen bereits vor dem Erreichen des 3.Lebensjahres vorliegen und bleiben lebenslangerhalten. Autismus gilt als Prototyp der Autis-mus-Spektrum-Störungen (ASS), zu denen wei-terhin der atypische Autismus, das Asperger-Syndrom, die desintegrative Störung des Kin-desalters und das Rett-Syndrom gehören. Inneueren epidemiologischen Studien werden diePrävalenzzahlen bei Einschluss der verschiede-nen Subtypen autistischer Störungsbilder zwi-schen 0,6 – 1% angegeben. Das bedeutet, dasseines von 100-150 Kindern zumindest einesoder mehrere Symptomatiken der ASS aufweist.

Patienten mit ASS haben häufig noch andereneurologische Störungen oder Erkrankungen,besonders geistige Behinderung in mindestens30% und Epilepsie in circa 20% der Fälle. Auf-fällig ist auch, dass Jungen etwa 3- bis 4-malso häufig betroffen sind wie Mädchen (1,2).

Genetik des AutismusBereits in den ersten Beschreibungen von

Leo Kanner (1943) und Hans Asperger (1944)wurde ein genetischer Defekt als ursächlichvermutet. Epidemiologische Untersuchungenanhand von Familien- und Zwillingsstudiendeuten auf eine Erblichkeit von mehr als 90%hin. Umweltfaktoren spielen eine eher unter-geordnete Rolle bei der Entstehung der ASS.

Autismus mit einem Spektrum an VerhaltensstörungenUrsachenforschung zwischen Phänotyp und Genotyp im internationalen Netzwerk

Sabine M. Klauck1, Fritz Poustka2 und Annemarie Poustka1

Forschung

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20

Somit hat die autistische Störung innerhalb derkinderpsychiatrischen Erkrankungen den stärk-sten genetischen Einfluss. Zwillingsuntersu-chungen wiesen bei enger Phänotypdefinition(Vollbild des Autismus) Konkordanzraten von63% bei monozygoten Zwillingspaaren und0% bei dizygoten Zwillingspaaren auf. Bei wei-ter gefassten diagnostischen Kriterien betru-gen die Konkordanzraten entsprechend 82%bzw. 10%. Das Wiederholungsrisiko bei Ge-schwistern liegt bei 3-8% und ist damit deut-lich höher im Vergleich zur Allgemeinbevölke-rung. Zudem zeigen Verwandte ersten Gradesüberzufällig häufig milde, subklinische Ausprä-gungen sozialer und kommunikativer Proble-me, einen sogenannten „breiteren Phänotyp“des Autismus. Dies spricht für eine genetischeDisposition, die in seltenen Fällen bei denNachkommen zu einer schweren autistischenStörung führt (2).

In 10-15 % der Fälle mit einer Autismus-Symptomatik liegt ein monogenetischer Defektbekannter Ätiologie als Ursache für die Erkran-kung zugrunde. Diese werden als syndromalerAutismus bezeichnet und hauptsächlich nichtzu den ASS gerechnet. Hierzu gehören unteranderem das Fragile X-Syndrom (instabile Tri-nukleotidsequenz in der Promoter-Region desFMR1-Gens), die tuberöse Sklerose (TSC Geneauf den Chromosomen 9 und 16), das Smith-Lemli-Opitz Syndrom (Mutation im Gen der 7-Dehydrocholesterol-Reduktase, DHCR7-Gen),aber auch das Rett-Syndrom mit Mutationen imGen für das Methyl-CpG-Bindungs-Protein 2,MECP2. Das Rett-Syndrom mit zeitweiligemgleichen Verlauf der Krankheit wie bei ASS, andem hauptsächlich Mädchen erkranken unddessen Gendefekt auf dem X-Chromosom liegt,nimmt somit eine Sonderstellung innerhalb derASS ein, bei dem der genetische Defekt bereitsbekannt ist. Bei allen anderen „idiopathi-

schen“ ASS ist die genetische Ursache bishernoch weitgehend unbekannt, wobei inzwi-schen ein komplexes multifaktorielles Verer-bungsmodell mit einer unbekannten Anzahlvon interagierenden Genen angenommen wird.Jedes einzelne dieser sogenannten Anfällig-keitsgene (engl. susceptibility genes) trägtsomit zur Erkrankung bei, jedoch erst eine kri-tische Anzahl von funktionell gestörten Krank-heitsgenen über einem Schwellenwert führt zurVollausprägung der Krankheit. Zur Zeit gehtman von mindestens 3-4 Anfälligkeitsgenenbeim Autismus aus, wobei aber auch bis zu 100Gene diskutiert werden. Neuroanatomischeund bildgebende Verfahren lassen vermuten,dass diese Gene an der frühen Entwicklung desGehirns beteiligt sind und somit auch Gehirn-

strukturen beeinflussen.Weiterhin wird anhandvon einzelnen biochemischen Studien abgelei-tet, dass Transduktionswege von Neurotrans-mittern (z.B. Serotonin und Dopamin) und zudiesen Systemen gehörende Gene oder Rezep-toren involviert sein können. Dies wird zuneh-mend durch die in jüngster Zeit erhaltenenErgebnisse der molekulargenetischen For-schung beim Autismus erhärtet (1,2).

Untersuchungen an deutschen Patienten im internationalen NetzwerkDas Ziel der molekulargenetischen Unter-

suchungen an einem deutschen Patientenkol-lektiv von autistischen Probanden ist, an derAufklärung der spezifischen Defekte oder Va-riationen im Genom, die zur Symptomatik desAutismus führen, sowohl im nationalen alsauch besonders internationalen Kontext mitzu-wirken. Dazu werden seit mehr als 15 Jahrenvon Prof. Fritz Poustka und seinen Mitarbeiternan der Klinik für Psychiatrie und Psychothera-pie des Kindes- und Jugendalters des Univer-sitätsklinikums Frankfurt/M. betroffene Pro-banden, Eltern und gegebenenfalls auch be-troffene Geschwister rekrutiert. Die Patientenwerden mit den international akzeptierten Un-tersuchungsinstrumenten ADI-R und ADOSnach „Gold Standard“-Kriterien diagnostiziert,um eine genaue Phänotypdefinition des auti-stischen Störungsbildes zu erhalten. Dadurch

Abb. 1: Symptomkom-

plexe der Autismus-

Spektrum-Störungen laut

der internationalen

Klassifikation der Er-

krankungen (ICD-10).

Störungen in diesen

Arealen sollten für eine

gesicherte Diagnostik

bereits vor Ende des 3.

Lebensjahres vorliegen.

Abb. 2: Ergebnisse von insgesamt 11 unabhängigen genomweiten Kopplungsanalysen und vier Folge-Studien an

Patientenkollektiven mit Autismus-Spektrum-Störungen. Die vertikalen Balken kennzeichnen die Bereiche mit sig-

nifikanten (rot) oder suggestiven (grün, blau) statistischen Ergebnissen. MLS, maximum multipoint lod score.

Forschung 21

wird es möglich, Datensätze im internationalenKontext zu vergleichen und zusammenzufüh-ren. Das genetische Material in Form von Blut-proben wird für die anschließenden molekular-genetischen Studien unter der Leitung von Prof.Annemarie Poustka in der Abteilung Molekula-re Genomanalyse am Deutschen Krebsfor-schungszentrum in Heidelberg weiter bearbei-tet. Im Verlauf der langjährigen Studie habenwir dafür bisher mehr als 550 Familien mit auti-stischen Symptomen erfasst und dabei etwa1500 Blutproben zur Isolierung von DNA, RNAund zur Etablierung von permanenten lympho-blastoiden Zellinien aufgearbeitet.

Die DNA-Proben der Familien wurden zurDurchführung von genomweiten Kopplungs-analysen (engl. genome screens), Assoziations-studien mit zielgenauen polymorphen Markernin verschiedenen Genombereichen und inner-halb von Kandidatengenen, sowie der spezifi-schen Analyse auf Mutationen und Variationenin identifizierten Kandidatengenen eingesetzt.Die Einbindung der deutschen Arbeitsgruppenin das „International Molecular Genetic Studyof Autism Consortium“ (IMGSAC) (www.well.ox.ac.uk/~maestrin/iat.html) ermöglichte unsdie Beteiligung an mehreren Genome Screensmit DNA-Proben von inzwischen mehr als 300Familien mit betroffenen Geschwisterpaaren,die unter anderem Genomregionen auf Chro-mosom 2q, 7q, 16p und 17q in Zusammenhangmit Autismus identifizierten (1,2,3). Insgesamtwurden durch Genome Screens an verschiede-nen anderen internationalen Patientenkollekti-ven bisher auf fast allen Chromosomen desmenschlichen Genoms sowohl signifikante wie

suggestive positive Kopplungen zu DNA-Mar-kern gefunden, wobei aber nur Regionen aufden Chromosomen 2, 3, 7, 16 und 17 in meh-reren Studien auffällig wurden (Abb. 2). Mit derGründung des Autism Genome Project (AGP)Konsortiums (http://autismgenome.org/) unddamit dem weltweiten Zusammenschluss ver-schiedener Autismus-Konsortien sind die deut-schen Arbeitsgruppen auch auf dieser Ebenedes internationalen Netzwerks an der Auf-klärung der genetischen Ursachen von Autis-mus beteiligt. Der bisher aufwendigste Geno-me Screen an mehr als 1200 Geschwisterpaar-Familien identifizierte einen weiteren interes-santen Genombereich auf Chromosom 11p12-p13, der ein Gen für ein Glutamattransporter-Protein enthält (4). Außerdem wurden gleich-zeitig mehr als 200 auffällige „Copy numbervariations“ (CNVs) identifiziert, deren Relevanzim Hinblick auf die Ätiologie zum Autismus zurZeit in der zweiten Phase des Projekts zusam-men mit den signifikanten Genomregionen undGenen analysiert wird.

Ursachen in Störungen der Konnektivität und SynapsenbildungSeit einiger Zeit gewinnt die Hypothese

der Störung der Konnektivität im Gehirn vonBetroffenen mit ASS als eine wesentliche Ursa-che immer mehr Bedeutung. Dies wiederumpasst sehr gut zur Annahme einer Störung derBildung von Synapsen und Dendriten. Die inden letzten 3-4 Jahren erhaltenen Ergebnisseder molekulargenetischen und morphologi-schen Untersuchungen von Patienten mit Autis-

Glossar

ADI-R, autism diagnostic interview-revised. Das Autismus DiagnostischeInterview-Revision umfasst einen Fragen-katalog an Eltern oder ständige Betreuerzu zurückliegenden und derzeitigen Sym-ptomen aus den drei die Diagnose eta-blierenden Verhaltensdomänen der ASS.

ADOS, autism diagnostic observationschedule. Beobachtungsskala mit ver-schiedenen strukturierten Aufgabenstel-lungen, psychodramatischen und Inter-view-Elementen zur Einschätzung desaktuellen Verhaltens mit zuverlässigendiagnostischen Algorithmen zur Diagno-sestellung von Patienten mit ASS.

ASS Autismus-Spektrum-Störungen.

Assoziationsstudien untersuchen, obbestimmte DNA-Marker im Genom über-zufällig häufig bei erkrankten Personenim Vergleich zur Normalbevölkerung vor-kommen. Dies ist ein Hinweis, das sichan dieser Stelle oder in der Nähe einAnfälligkeitsgen für die untersuchteKrankheit befindet.

Copy number variations (CNVs) sindGenombereiche, die zwischen 10.000und 5 Millionen Basenpaaren groß seinkönnen und individuell in unterschiedli-cher Kopienzahl vorliegen. Führen diesezu Funktionsverlusten bei Genen könn-ten sie krankheitsverursachend sein.

Glutamat ist der wichtigste erregendeNeurotransmitter im zentralen Nerven-system.

Lymphoblastoide Zellinien sind per-manente Zellinien, die durch Transforma-tion von B-Lymphocyten mit dem hu-manpathogenen Epstein-Barr-Virus eta-bliert werden. Sie dienen in der medizi-nischen Wissenschaft als permanenteQuelle zur Isolierung von DNA und RNAvon Probanden unter Vermeidung wie-derholter Blutabnahmen.

Prävalenz ist die Krankheitshäufigkeitinnerhalb einer Population/Bevölkerung.

Abb. 3: Modell zur

Erklärung genetischer

Ursachen des Autismus

bei der Synaptogenese

von glutamatergen Syna-

psen. Mutationen in den

gekennzeichneten Gen-

produkten wurden

jeweils in wenigen Pati-

enten bzw. Familien mit

Autismus gefunden.

Forschung · Ethik

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22

mus deuten sehr stark auf Störungen der Syna-psenbildung in bestimmten Gehirnarealen hin,die bei kognitiven Prozessen eine Rolle spielen.Dazu gehört das limbische System mit Struktu-ren wie dem Hippocampus, Amygdala undHypothalamus. Es gibt Hinweise, dass es vorallem im Hippocampus von Patienten mit Autis-mus zu verminderter Bildung von dendritischenFortsätzen und damit zu weniger Verschaltun-gen von Neuronen kommt. Die molekularenUrsachen könnten in der Funktionsstörung vonGenen liegen, die an der Synaptogenese vonglutamatergen, d.h. erregenden Synapsen be-teiligt sind. Dafür spricht die Entdeckung voneinigen seltenen Mutationen in den Neuroligin-Genen NLGN3 und NLGN4X in wenigen Famili-en mit Autismus zuerst durch Jamain und Kol-legen (2003). Das AGP Consortium konnteCNVs in zwei Familien identifizieren, die zumVerlust des Gens Neurexin 1 (NRXN1) führen(4). Weiterhin wurden durch Durand und Kolle-gen (2007) in drei Familien Mutationen im GenSHANK3 (SH3 and multiple ankyrin repeatdomain 3) nachgewiesen. Die von diesen Ge-nen kodierten Proteine sind durch ihre Funkti-on bei der Ausbildung von prä- und postsynap-tischen Strukturen maßgeblich an der Synapto-genese von glutamatergen Synapsen beteiligt(Abb. 3). Wir konnten kürzlich in zwei Familienmit Autismus zwei unterschiedliche Mutationenim ribosomalen Protein L10 (RPL10) identifizie-

ren, die zu einem modulierenden Funktionsver-lust bei der Translation führen (5). Eine vermin-derte Translationsrate könnte bei der Ausbil-dung von postsynaptischen Dendritenfortsät-zen während der Gehirnentwicklung in be-stimmten Arealen zu verminderten Neuronen-verschaltungen führen. Diese Hypothese soll inZukunft in Zellkultursystemen und in Tiermo-dellen weiter verfolgt werden.

AusblickDie wissenschaftlichen Anstrengungen der

letzten zehn Jahre haben in zunehmenden Maßdazu geführt, dass das Krankheitsbild des Autis-mus sowohl auf der Ebene der neuropsychiatri-schen Diagnostik als auch im Hinblick auf diegenetischen Ursachen immer besser verstandenwird. Die Fortschritte bei der Untersuchung vongenetischen Markern mit Hochdurchsatz-Tech-nologien in immer größeren Patientenkollekti-ven erlaubt die Zuordnung von relevantenGenombereichen und Feinkartierung bis zurIdentifizierung von krankheitsrelevanten Anfäl-ligkeitsgenen. Das Verständnis der funktionellenInteraktion der beteiligten Gene und deren Gen-produkten sollte es in Zukunft ermöglichen, ver-schiedene Subtypen der ASS gegeneinanderabzugrenzen, eine frühzeitige differenzierte Ver-haltenstherapie bei Patienten zu initiieren undgegebenenfalls auch zu einer gezielten Medika-mentenentwicklung beizutragen.

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Drug Discov Today: Disease Models 2007;

3: 313-318.

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rearrangements. Nat Genet 2007; 39: 320-328.

5. Klauck SM, Felder B, Kolb-Kokocinski A, Schuster C,

Chiocchetti A, Schupp I, Wellenreuther R, Schmöt-

zer G, Poustka F, Breitenbach-Koller L, Poustka A.

Mutations in the ribosomal protein gene RPL10

suggest a novel modulating disease mechanism for

autism. Mol Psychiatry 2006; 11: 1073-1084.

Kontakt1) Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg, Abteilung MolekulareGenomanalysePD Dr. Sabine KlauckE-Mail: s.klauck@dkfz.de

2) Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Kindes- und Jugendaltersdes Universitätsklinikums Frankfurt/M.Prof. Dr. Fritz PoustkaE-Mail: poustka@em.uni-frankfurt.de

Während weltweit die Anzahl präimplantati-onsdiagnostischer Tests steigt (Sermon et al.,2005) und nach Expertenschätzungen bereitsmehrere 1000 Kinder nach erfolgreicher PIDgeboren wurden (Kuliev and Verlinsky, 2005),wird die PID derzeit in Deutschland nicht prak-tiziert. Ein gewichtiger Grund ist die umstritte-ne Rechtslage nach dem deutschen Embryo-nenschutzgesetz (ESchG), mit dem die Entste-hung überzähliger Embryonen und Forschungan Embryonen verhindert werden soll (vgl.

Ziegler 2004: 89). Die PID findet darin keineausdrückliche Regelung. Nach Meinungführender Juristen ist die PID nach der derzeiti-gen Rechtslage nicht generell verboten, sie giltaber derzeit als unpraktizierbar. Der „Diskussi-onsentwurf zu einer Richtlinie zur PID“ die vonder Bundesärztekammer im Jahr 2000 publi-ziert wurde, führte zu einer kontroversen De-batte um die PID. In seinem Mehrheitsvotumkommt der Nationale Ethikrat (2003) zu demSchluss, dass durchaus legitime Anwendungs-

bereiche für die PID bestehen. Demnach sollPID ausnahmsweise zugelassen werden für:

a)Paare, die ein hohes Risiko tragen, ein Kindmit einer schweren und nicht wirksam thera-pierbaren genetisch bedingten Erkrankungoder Behinderung zu bekommen, und die mitdem Austragen eines davon betroffenen Kin-des in einen existenziellen Konflikt geratenwürden;

Einstellungen deutscher Kinderwunschpaare zumEmbryo und zur Präimplantationsdiagnostik (PID)Borkenhagen A.1+2, & Kentenich H.1

1 Fertility Center Berlin, Spandauer Damm 130, 14050 Berlin. Dr. Dipl.-Psych. Ada Borkenhagen, Dr.Borkenhage@web.de 2 Abt. f. Med. Psych. &. Med. Soz., Universität Leipzig

Ethik 23

b)Paare, die ein hohes Risiko tragen, eine Chro-mosomenstörung zu vererben, die dazuführt, dass der Embryo das Stadium derextrauterinen Lebensfähigkeit nicht errei-chen würde; in den Fällen 3 a) und b) solltenauch nicht sterile Paare Zugang zur assistier-ten Reproduktion haben;

c) infertile Paare dann, wenn wissenschaftlicheUntersuchungen bestätigen sollten, dassdurch eine Untersuchung auf Chromosomen-störungen die Erfolgsrate der Sterilitätsthe-rapie bei bestimmten Patientengruppen (z.B.erhöhtes Alter oder nach mehreren erfolglo-sen Behandlungszyklen ohne bekannte chro-mosomale Störung) signifikant gesteigertund die Anzahl der transferierten Embryonenmit dem Risiko von Mehrlingsschwanger-schaften verringert werden kann.“ (NE2003: 109)

Der Nationale Ethikrat empfiehlt die Durchführung der PID nur an wenigen,

widerruflich lizenzierten, medizinischen Zen-tren zuzulassen, sowie nach vorheriger einge-hender Beratung. Weiterhin wird eine begrenz-

te Zulassung befürwortet unter der Bedingung,dass die gesellschaftlichen Rahmenbedingun-gen bzgl. behindertet oder schwer krankerMenschen derart gestaltet werden, dass dieEntscheidung für oder gegen das Kind so weitals möglich von sozialen und ökonomischenKriterien entlastet wird.

Die Diskussion um die Legalisierung derPID wurde in Deutschland bisher vorrangig inExpertenkreisen geführt. Eine gesamtgesell-schaftliche Diskussion unter Einbeziehung derMeinung unterschiedlicher Betroffenengrup-pen steht noch aus. So waren in der Debatte umMöglichkeiten und Grenzen der PID die Einstel-lungen von KW-Paaren bisher nur wenig prä-sent. Von den Gegnern einer Zulassung der PIDwurde wiederholt das sog. Dammbruch-Argu-ment ins Feld geführt wird, wonach eine Zulas-sung der PID unausweichlich zu einer Auswei-tung der Anwendung der PID auf nicht krank-heitsbezogene Merkmale führen wird. Die Ver-fechter eines Verbots der PID verweisen häufigauf das Schreckensbild des Designerbabys, dasssich KW-Paare vermeintlich wünschen. Ob KW-Paare mit der Legalisierung der PID tatsächlichden Wunsch nach einem solchen Designerbaby

verbinden wurde bisher nur selten untersucht(Vgl. Krones, 2006).

MethodikVon Oktober 2003 bis Januar 2005 wur-

den am Fertility Center Berlin 265 KW-Paare zuEinstellungen zur PID und zum Status desEmbryo befragt. Die Studie ist Teil des vom Bun-desministerium f. Bildung und Forschung geför-derten Projekts „Einstellungen und Wissen zuKontroversen medizinischen und ethischen Fra-gen in der Reproduktionsmedizin und der PID“.

Die befragten Frauen waren im Mittel 34Jahre (Range: 22-46J.), ihre Partner 36 Jahre(Range: 22-56J.) alt. Die Auswertung der Datenerfolgte mittels Häufigkeitsstatistik.

ErgebnisseDie überwiegende Mehrheit der KW-Paare

spricht sich für eine krankheitsbezogene Zulas-sung der PID in Deutschland aus, während dieMehrheit der befragten KW-Paare einer Legali-sierung der PID zum Ausschluss von Prädispo-sitionen skeptisch gegenüber steht und die PIDzur Diagnose nicht krankheitsrelevanter sozialerwünschte Merkmale ablehnt. Die potentiellepersönliche Inanspruchnahmebereitschaft derPID ist geringer ausgeprägt als die Tendenz diePID für diese Anwendungsgebiete zu legalisie-ren. (Abbildung 1)

PID zur Bestimmung der Zellübereinstimmung (HLA-Matching)Eine Legalisierung der PID zur Bestim-

mung der Zellübereinstimmung für die Auswahleines Kindes, das als Zellspender für einerkranktes Geschwisterkind in Frage kommt,bejahen 60% der Befragten.

PID im Rahmen eines Aneuploidy Screening (PID-AS)Die überwiegende Mehrheit der KW-Paare

(83%) spricht sich für die Zulassung der PIDzum (PID-AS) im Rahmen einer ART Behand-lung aus, um mögliche Chromosomenfehlver-teilungen des präimplantiven Embryo vor demEinsetzen in die Gebärmutter zu diagnostizie-ren, was bei einzelnen KW-Paaren zu einerErhöhung der Schwangerschaftsraten führenkönnte.

Abbildung 1: Legalisierungstendenz und prospektive Inanspruchnahmebereitschaft der PID

Ethik

GenomXPress 3/07

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Status des Embryos40% der Befragten betrachten einen

Embryo im 8-Zellstadium als biologischesMaterial, dem nur ein geringer Schutzanspruchzukommt, gefolgt von 33%, die den Embryo im8-Zellstadium als ein virtuelles menschlichesWesen betrachten, dem lediglich im Mutterleibein besonderer Schutzanspruch zukommt. Nur14% der Kinderwunschpaare betrachten einenEmbryo im 8-Zellstadium als ein menschlichesWesen, dem der gleiche Schutzanspruch zukommen muss, dem auch real existierendenMenschen zukommt. 8% der Befragten sehenin einem Embryo im 8-Zellstadium lediglich bio-logisches Material, dem kein besondererSchutzanspruch zukommt. Und 5% der Befrag-ten sind unentschieden bezüglich des Schutz-anspruchs eines Embryos im 8-Zellstadium.

Beginn menschlichen LebensDen Zeitpunkt an dem menschliches Leben

beginnt, bestimmen 33% der Befragten mit derEinnistung des Embryos in die Gebärmutter.28% knüpfen den Lebensbeginn an die Ausbil-dung wesentlicher Organe. 18% der Befragtensehen die Verschmelzung von weiblicher undmännlicher Keimzelle als den Beginn mensch-lichen Lebens an und teilen damit die Auffas-sung des deutschen Gesetzgebers bezüglichdes Beginns menschlichen Lebens. Für 11% derKinderwunschpaare bedeutet die Ausbildungkompletter Organe den Beginn menschlichenLebens, 4% sieht den Zeitpunkt, an dem erst-mals Kindsbewegungen zu spüren sind, alsBeginn menschlichen Lebens an, für 3% mar-kiert erst die Geburt den Lebensbeginn und 3%der Befragten ist unentschieden bzgl. desBeginn menschlichen Lebens.

Bewertung der Chancen und Risiken von PID 88% der befragten KW-Paare stimmen der

Aussage zu, dass die Anwendung der PID einepotentielle Entlastung von Familien bedeutet,die mit schweren Erbkrankheiten belastet sind,4% stimmen dieser Aussage nicht zu und 8%sind diesbzgl. unentschieden. 71% der befrag-ten KW-Paare betrachten die Anwendung derPID als Chance für den medizintechnischenFortschritt, 9% sehen diese Chance nicht und20% der Befragten sind diesbzgl. unentschie-den. 29% sehen die PID als vorteilhaft für denWirtschaftsstandort Deutschland an, 42%sehen diesen Vorteil nicht und 29% sind diesb-zgl. unentschieden. 44% der Befragten sieht in

der Anwendung der PID eine Kostenentlastungder Gesellschaft durch weniger Schwerkranke,während 28% diesen Vorteil bei einer Anwen-dung der PID nicht erkennen und 28% sinddiesbzgl. unentschieden.

Die Mehrheit der Befragten (50%)betrachten die PID als im Einklang mit den ethi-schen Grundwerten unserer Gesellschaft ste-hend, während 22% nicht dieser Ansicht oderdiesbezgl. unentschieden sind. 46% sehen inder Anwendung der PID das Risiko einer ver-mehrten Tötung von Embryonen, während 29%dieses Risiko nicht sehen und 25% diesbezgl.unentschieden sind. 48% der Befragten istnicht der Meinung, dass sich durch die Zulas-sung der PID die Stellung von behindertenMenschen verschlechtert, 33% befürchtenjedoch eine solche Verschlechterung, 19% derBefragten sind diesbzgl. unentschieden. 41%der Befragten meinen nicht, dass die Anwen-dung der PID dazu führen wird, dass Eltern Kin-dern mit genetisch bedingten Erkrankungenoder Fehlbildungen immer weniger akzeptierenwerden, während 39% der Befragten diesbefürchten und 20% diesbzgl. unentschiedensind.

DiskussionBemerkenswert ist die breite Übereinstim-

mung der befragten KW-Paare mit dem Mehr-heitsvotum des Nationale Ethikrat zur PID inDeutschland. So teilen die untersuchten KW-Paare in den zentralen ethischen Fragen bzgl.der PID – dem moralischen Status des Embryosund der Frage, inwieweit reproduktive Autono-mie der Eltern alleinige Entscheidungsinstanzsein kann und darf – in weiten Teilen die Auf-fassung des Nationale Ethikrat (2003). Diebefragten KW-Paare vertreten wie der Natio-nale Ethikrat ein graduelles, an das Entwick-lungsstadium geknüpftes Schutzkonzept vonEmbryonen und stehen damit im Gegensatzzum deutschen Gesetzgeber, der einen absolu-ten Schutz des präimplantiven Embryos imESchG festgeschrieben hat. Lediglich Rund 1/5der Befragten KW-Paare teilen den im ESchGdefinierten Beginn des menschlichen Lebensund den abgeleiteten absoluten Schutzan-spruch des präimplantiven Embryo. Das Ergeb-nis, dass 1/3 der Befragten dem Embryo imMutterleib einen besonderen Schutzanspruchzuspricht, könnte ein Indiz sein, dass KW-Paaredie ethische Definition menschlichen Lebensnicht vorrangig an biologische Parameter oderan eine individualistische Auffassung vom

Embryo knüpfen, sondern an ein familiäresbzw. soziales Eingebundensein. Während derdeutsche Gesetzgeber im ESchG von der Exi-stenz eines vereinzelten, gleichsam „autono-men“ Embryo ausgeht, vertreten KW-Paareeine konträre Auffassung, bei der von einemmenschlichen Embryo erst dann gesprochenwerden kann, wenn dieser in einen menschli-chen Beziehungskontext eingebunden ist, derihn allein erst zu einem Menschen heranreifenlässt nach dem Motto: „There is no such thingas a human embryo without a mother or fat-her.“ Das Einbeziehen eines solchen familiärenund sozialen Kontextes würde eine bedeutsa-me Perspektivwechsel in der deutschen Ethik-debatte bedeuten: Der Schutz und die Würdedes isolierten Embryo wäre nicht länger alleini-ge ethische Leitlinie, sondern müsste um dasWohl, den Schutz und die Würde des Embryo imZusammenhang mit seinen biologischen undsozialen Eltern erweitert werden. Ein solcherPerspektivwechsel im Sinne einer pragmati-schen Ethik in der das Wohl der real werdenund lebenden Kinder und ihrer biologischenund sozialen Eltern eine zentrale Rolle spielt,scheint den Autoren die Belange des menschli-chen Embryo und seinen biologischen und odersozialen Eltern am ehesten gerecht zu werden.

AcknowledgementEinzelne Items des Fragebogens wurden in

Kooperation mit Dr. Krones und Prof. Richter derUniversität Marburg entwickelt.

Literatur· Das Embryonenschutzgesetz (1991), in: Gesund-

heitsrecht im vereinten Deutschland, C.H. Beck,

München:224-227.

· Krones, T. (2006). Attitudes of patients, healthcare

professionals and ethicists towards embryonic stem

cell research and donation of gametes and embryos

in Germany. RBMonline 13, 607-617.

· Kuliev, A., Verlinsky, Y. (2005). Place of preimplan-

tation diagnosis in genetic practice. American Jour-

nal of Medical Genetics 134, 105-110.

· Nationaler Ethikrat (2003): Genetische Diagnostik

vor und während der Schwangerschaft – Stellun-

gnahme. Online: www.ethikrat.org/stellungnah-

men/pdf/Stellungnahme_Genetische-Diagnostik.pdf.

· Sermon, K. Moutou, C., Harper, J et al. EHSRE PGD

Consortium data collection IV: May-December

2001. Human Reproduction 20, 19-34.

Technologien 25

Technologien

Die Entschlüsselung des menschlichen Erbgutsim Jahre 2000 wurde als Meilenstein gefeiert.Von dieser ersten großen Wegmarke schreitetdie Wissenschaft nun weiter auf dem Weg zum1.000-Dollar-Genom. Die Sequenziertechniknach Sanger, die im damaligen Humangenom-projekt (HUGO) verwendet wurde, hat sichinnerhalb von 30 Jahren als Standardwerkzeugin der Forschung etabliert und die Verer-bungslehre revolutioniert. Die hohe Ge-nauigkeit und der große Durchsatz bei derDe-Novo-Sequenzierung, Resequenzie-rung, der Bestimmung von Genotypen undder Analyse von DNA-Fragmenten habenes zur zentralen Anwendung gemacht. Zur-zeit werden jedoch vor allem an die Next-Generation-Technologien verschiedenerUnternehmen sehr hohe Erwartungen ge-stellt. Dabei geht es heute selten um dieSequenzierung unbekannten Erbguts.Schließlich existieren mittlerweile Genom-daten zu den wichtigsten Tier- und Pflanzen-arten. Viel interessanter wird es, genetischeUnterschiede herauszufinden. Was machtSchäferhunde groß und Pudel klein, einenVirus tödlich oder harmlos? Mediziner wollenwissen, welche individuellen Mutationen ihrePatienten in sich tragen oder was eine Kör-perzelle zur Krebszelle werden lässt. Beijeder dieser Fragestellungen wird unbekann-tes Erbgut mit einer bekannten Referenz ver-glichen – Wissenschaftler sprechen von Rese-quenzierung. Das derzeitige Marktpotenzialvon entsprechenden Geräten schätzen Bran-chenkenner auf 700 Millionen Dollar. Tatsäch-lich sind bereits Systeme verfügbar, die schnel-ler als die Sanger-Methode sind. Jedoch sindihre Ergebnisse nicht so zuverlässig und ihreAuswertung erfordert einen immensen Aufwandan Bioinformatik.

Nachzügler tritt mit Formel-1-Wagen anAls einer der Hauptzulieferer der Life-

Science-Branche bringt nun der Marktführerauf dem Gebiet der Sequenziertechnologien,Applied Biosystems, ein System der nächstenGeneration auf d e n

Markt. Das Gerät heißt SOLiD™ System undseine Leistung gleicht der eines Rennwagens,erklärte Application Manager Michael Rhodesim Juli auf einer Konferenz für Sequenziertech-nologien in Bielefeld. Um das Bild abzurunden:Bisherige Gensequenzierung ist im Vergleichzum Rennwagen wie Zu-Fuß-Laufen.

Ein herkömmlicher auf der Sanger-Technikberuhender Applied Biosystems 3730xl GeneticAnalyzer bräuchte drei Jahre, um so viele

Basenpaare auszulesen,wie sie das menschlicheGenom enthält (Um tat-sächlich das Erbgut einesMenschen zu bestimmen,wäre eine sechsfache Gegen-prüfung notwendig. Mit nureinem Gerät würde das 18Jahre dauern). Das SOLiD™

System hingegen schafftbereits in 2,5 Tagen biszu drei Milliarden Basen,was fast der Größe des

menschlichen Erbguts ent-spricht. Mit einer grundlegend neuen

Methode verspricht das SOLiD™ System dieErbgutinformationen nicht nur schneller, son-dern auch genauer, zuverlässiger und billigerauslesen als alle anderen derzeit verfügbarenSysteme am Markt. Die Kosten für einen Laufschätzt Dr. Beate Rätz, Senior Specialist Pro-duct Marketing bei Applied Biosystems, aufunter 4.000 Euro. Ein menschliches Genomwäre danach für weit unter 100.000 Euro zuhaben.

Revolution in der SequenziertechnikMit dem SOLiD™ System von Applied Biosystems könnte ein komplettes menschliches Genom binnen weniger Tage für weniger als 100.000 Euro entschlüsselt werden

Sebastian Weissgerber

„Applied Biosystems SOLiD™ System ist eine revolutionäre Platt-

form zur Genanalyse und basiert auf Sequencing by Ligation (SBL).“

Technologien

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26

Prototypen liefern bereits neue ErkenntnisseErste Bestellungen hat Applied Biosystems

im Juni in einem Early-Access-Programm ent-gegengenommen. Zwei Geräte sind bereits beiKunden installiert und laufen laut Rätz pro-blemlos. Einige ausgewählte Genforscher dür-fen die ersten Geräte schon länger auf Herz undNieren testen – und liefern dabei schon neuebiologische Erkenntnisse.

Know-how-Einkauf reiflich überlegt Die Entwicklung, mit der die US-Amerika-

ner ihre herausragende Technologieführer-schaft im Sequenziermarkt ausbauen wollen,ist von langer Hand geplant. Die Applied-Stra-tegie fußt zunächst auf der Erkenntnis, dass dieEvolution von der De-Novo-Sequenzierung zurResequenzierung ganz neue Anforderungenmit sich bringt. So kommt es vor allem daraufan, Variationen im Erbgut verschiedener Indivi-duen oder Rassen zu erkennen. Dabei handeltes sich zum einen um Neuordnungen im Ge-nom, etwa abweichende Kopienzahlen vonSequenzbereichen oder die Verschiebung einesGens. Beides lässt sich mit der herkömmlichenSanger-Methode nur schwer erkennen. Auf deranderen Seite müssen Punkt-Mutationen wieSingle Nucleotid Polymorphisms (SNPs), alsoder Austausch einer einzelnen Base, mit größ-ter Genauigkeit erkannt werden.

Auf Grundlage dieser Anforderungen ließApplied Biosystems ein Expertenteam sämtli-che bekannten Ansätze neuer Sequenziertech-nologien untersuchen. Nach 18 Monaten standeine Liste von 40 Unternehmen fest, die ent-sprechende Entwicklungen in ihren Laborenvorzuweisen hatten, und zudem in den Applied-Konzern integriert werden konnten. Im Juli ver-

gangenen Jahres kaufte Applied Biosystemsdann das US-amerikanische UnternehmenAgencourt Personal Genomics für 120 Millio-nen US-Dollar mitsamt seiner Mustertechnolo-gie, dem SOLiD™ System – Supported Oli-gnucleotide Ligation and Detection. Innerhalbvon zwölf Monaten verfünffachten die AppliedBiosystems-Ingenieure die Leistung der Metho-de und brachten sie zur Marktreife.

Innovativer AnsatzDas SOLiD™ System unterscheidet sich

grundlegend in Chemie und Lese-Algorithmenvon der Sanger-Technik sowie anderen Sequen-ziertechniken, die auf DNA-Synthese beruhen.Nach Frederick Sangers Kettenabbruch-Synthe-se von 1975 wird am DNA-Einzelstrang einkomplementärer Strang neu aufgebaut. Die vierDNA-Bausteine A, C, G und T werden dabeiauch in einer chemisch veränderten „Termina-tor“-Form dazugegeben, die den Abbruch desneuen Strangs zur Folge hat. Je nach verwen-detem Terminator-Baustein und Länge derBruchstücke ergeben sich so die Positionen dereinzelnen Bausteine und schließlich die gesam-te Sequenz.

Die meisten Next-Generation-Sequenzing-Technologien nutzen ebenfalls in ähnlicherForm den Auf- und Einbau von DNA, setzenaber nicht auf einen Kettenabbruch. Auch dasSOLiD™ System folgt diesem Prinzip, verwen-det jedoch als Werkzeug nicht das gängige Auf-bauenzym DNA-Polymerase, sondern das Repa-raturenzym DNA-Ligase. „Die Polymerase bautauch schon mal einen falsches Nukleotid ein,denn ihre Arbeit wird in der Natur ja noch malvon der Ligase überprüft“, erklärt Rätz. „DieLigase macht keine Fehler.“ Das Reparaturen-zym berücksichtigt beim Einbau von DNA-Bau-steinen nicht nur die jeweilige Zielbase, son-dern wirft dabei auch einen Blick nach links und

rechts. Nur wenn auch die umliegenden DNA-Sequenzen genau passen, beginnt es neueDNA-Bausteine einzubauen.

DNA leuchtet wie ein RegenbogenUm die Basen auszulesen, verwenden

Genforscher DNA-Bausteine mit einem Fluores-zenz-Molekül, sogenannte Sonden. BeimSOLiD™ System umfassen diese Sonden alle16 möglichen Kombinationen zweier benach-barter Basen. Daher wären eigentlich auch 16verschiedene Farbsignale notwendig. Doch hierhilft die Mathematik. Um auf die Sequenz zuschließen, reicht es, logische Verknüpfungenzwischen den beiden Basen zu beschreiben,und sich so auf vier Farben zu beschränken.Blau sagt etwa aus, dass die Nachbarn vomgleichen Typ sind: Wenn die erste Base A ist, istdie zweite auch A. Bei Grün hingegen folgt aufA C, auf C A, auf G T und auf T G (Siehe Abb. 1und 3). Dabei wird jede Base zweimal abge-fragt, einmal zusammen mit dem linken undeinmal mit ihrem rechten Nachbarn. So baldeine Base bekannt ist, offenbart sich schließlichdie gesamte Sequenz (Abb. 2 und 4).

Genom-MastermindDas Farbenspiel stellt eine Innovation dar,

aus der das SOLiD™ System sein großes Poten-zial schöpft. Da jede Base zweimal abgelesenwird, sind Messfehler minimiert. Diese Stärkezeigt sich vor allem bei der Suche nach SNPs(dem Austausch einer einzelnen Base). Her-kömmliche Systeme haben große Probleme,SNPs von einfachen Lesefehlern oder Fehlern,die durch das Polymerase-Enzym entstehen, zuunterscheiden. Da das SOLiD™ System jedeBase jedoch zweimal abfragt und die Ligase

Abb. 1: Jede Sonde besteht aus acht Basen. Die ersten

drei sind degeneriert (n) und die letzten zwei universal

(z), wobei die vierte und fünfte Base die beiden Basen

sind, die untersucht werden. Wenn eine Farbe gemes-

sen wird, so lässt sich das betreffende Dinukleotid auf

vier von 16 möglichen Dinukleotiden einschränken.

Wie oben gezeigt, steht ein grünes Signal für AC, CA,

TG oder GT.

Abb. 2: Das Bild zeigt das Prinzip der Beziehungsmes-

sung: Jede Farbe steht für vier mögliche Beziehungen.

Zum Beispiel bedeutet das erste gemessene Blau eine

A-zu-A-Beziehung, während die dritte blaue Bezie-

hung C-zu-C vertritt. Bei diesem beziehungsbasierten

Ansatz wird jede Base zweifach gemessen. So wird

jede Base auch in zwei Beziehungen abgebildet: In der

ersten Beziehung ist sie die zweite Base und in der

zweiten Beziehung ist sie die erste Base. Auf dieser

Grundlage lässt sich die Sequenz entschlüsseln.

Abb. 3: Mit dieser Matrix lässt sich eine Kette von

Beziehungen in die Sequenz von Basen umschreiben,

solange eine Base bekannt ist. Das Farbsystem der

Sonden wurde sorgfältig ausgewählt, wie sich beim

Umdrehen einer Beziehung zeigt (z. B. A->T und T->A

haben die gleiche Farbe). Durch dieses wohlüberlegte

Schema liefert das 2-Base-Encoding eine höhere

Genauigkeit als das Auslesen von Einzelbasen.

Technologien 27

faktisch fehlerfrei arbeitet, erhält es hier eineklare Aussage: Um einen Fehler von einerPunktmutation zu unterschieden, reicht einBlick auf die Farben. Unterscheidet sichgegenüber der Farbkette des Referenzmaterialsnur eine Farbe, handelt es sich um einen Lese-fehler, bei zwei Abweichungen um einen SNP.Zudem sind aus logischen Gründen bei SNPsnur bestimmte Farbkombinationen möglich,was auch die Wahrscheinlichkeit doppelterLesefehler begrenzt. „Das ist Mathematik pur“,sagt Senior Specialist Rätz.

Supercomputer zur GenomanalyseDas SOLiD™ System trumpft aber noch

mit einer zweiten bahnbrechenden Erfindungauf. Diese gleicht die größte Schwäche allerSequenziersysteme aus, nämlich längere Se-quenzabschnitte, die sich wiederholen, nurunzureichend zu erkennen. Genauso übersehendie Methoden auch leicht, wenn sich ein län-gerer DNA-Abschnitt im Vergleich zum Refe-renzmaterial verschoben hat.

Diese Schwierigkeiten resultieren daraus,dass die Forscher ein Genom nicht am Stück,sondern immer nur in sehr, sehr kurzen Ab-schnitten auslesen können. Mit mathemati-schen Algorithmen werden diese dann wie einPuzzle zusammengesetzt. Aufgrund der großenDatenmengen sind die ausgeführten Operatio-nen von so gewaltigem Umfang, dass es etwader im SOLiD™ System verwendete Computervor fünf Jahren noch in die Weltrangliste der500 Supercomputer geschafft hätte.

Sogar die Sequenz eines einzelnen Gens,das beim Menschen im Schnitt 30.000 Basen-paare lang ist, muss immer aus mehrerenSequenzabschnitten zusammengefügt werden.So lassen sich mit der Sanger-Methode Kettenvon mehr als 1.000 Basenpaaren am Stücksequenzieren. Alle neuen und schnelleren Tech-niken bleiben unter wenigen hundert Basen-paaren am Stück. Das SOLiD™ System

beschränkt sich momentan auf 25er-Abschnit-te, längere Ketten sind aber schon möglich.„Mathematisch gesehen reicht das jetzt schonvöllig aus“, erklärt Rätz. Denn bereits einSequenzabschnitt von nur 18 Basen kann nachden Regeln der Wahrscheinlichkeitsrechnungkaum ein zweites Mal im menschlichen Genomvorkommen. In der Realität existieren jedochgleich ganze Gene mehrfach im Genom. Wiehäufig diese Kopien sind, können alle Metho-den wegen der kurzen Bruchstücke leider kaumerkennen.

Brückenschlagen im GenomApplied Biosystems behilft sich daher mit

einem Trick, den das Unternehmen bislang alseinziges in vollem Umfang beherrscht: demsogenannten Mate-Pair oder Pair-End. Grund-lage ist zunächst wieder der Abgleich mitbekanntem Referenzmaterial. Um dabei groß-formatige Verschiebungen oder abweichendeKopienzahlen von Genen zu erkennen, genügtes, alle paar hundert oder tausend Basen nach-zuschauen, ob alles so ist, wie es sein sollte. Soschlagen die Forscher auf der Suche nach den„großen Mutationen“ Brücken durch das Ge-nom. Dabei wollen sie erkennen, ob die Se-quenz am Ende der Brücke wie erwartet wei-tergeht oder sie dort eine andere Sequenz wie-derfinden. „Es reicht, nur Anfang und Ende derBrücke zu sequenzieren“, sagt Rätz, „und dazubrauche ich noch nicht mal über die Brücke zugehen.“

Vor der Sequenzierung schneidet der Wis-senschaftler das Genom in Abschnitte mit fest-er Brückenlänge (siehe Abb. 5). Ein speziellerAdapter bindet die Brücken darauf zu einemRing zusammen, sodass Anfang und Endedirekt nebeneinander liegen. Enzyme schnei-den schließlich wenige Basen links- und rechts-seitig des Adapters den Ring wieder auseinan-der. Die für diese Methode uninteressante undsehr lange Kette zwischen den beiden Brücken-enden fällt so weg. Übrig bleibt der Adapter mit

den Brückenenden, die nun bequem sequen-ziert werden können.

Den Geheimnissen von Krankheitserregern auf der SpurGeorge Weinstock, stellvertretender Direk-

tor am Human Genome Sequencing Center atBaylor College of Medicine, hat die Mate-Pair-Technologie auf dem SOLiD™ System bereitsmit der Sanger-Technologie verglichen. Dazuentschlüsselte er einen Strang von dem Bakte-rium Escherichia coli mit beiden Methoden. Mitdem SOLiD™ System identifizierte er einegroße Dopplung, die durch die Sanger-Metho-de nicht erfasst worden war. „Die Mate-Pair-Technologie des SOLiD™ Systems wird uns indie Lage versetzen, äußerst genaue Sequenzier-Daten von Krankheitserregern, die für Infekti-onskrankheiten verantwortlich sind, sowieanderen Mikroben zu erhalten“, sagt Wein-stock. Sein Team arbeitet daran, Unterschiedein äußerlichen Merkmalen von Bakterien (demPhänotyp) mit ihrem Genotyp in Verbindung zusetzen. „Für diese Forschungsprojekte freuenwir uns auf die Next-Generation-Sequencing-Technologie, da sie in der Lage ist, alle Artender genetischen Variationen, die zwischenunterschiedlichen Spezies vorkommen können,zu identifizieren”, lobt er das SOLiD™ System.

KontaktApplied BiosystemsApplera Deutschland GmbHDr. Beate RätzProduct Marketing Europe, DNA SequencingE-Mail:Beate_Raetz@eur.appliedbiosystems.comhttp://solid.appliedbiosystems.com

Sebastian WeissgerberProfilwerkstatts.weissgerber@profilwerkstatt.dewww.profilwerkstatt.de

Abb. 4: Sobald klar ist, dass die erste Beziehung mit

einem A beginnt, ergibt sich für den Rest der Sequenz

eine eindeutige Lösung. Allein die Sequenz von Farben

lässt sich jedoch nicht in eine Basensequenz umschrei-

ben. Für die Entschlüsselung sind noch weitere Infor-

mationen nötig, wie Vergleichsmaterial oder die Iden-

tität der ersten Base.

Abb. 5: Die Mate-Pair-Proben-Vorbereitung ermöglicht eine höchst genaue Sequenzbestimmung, wie sie für die

Analyse komplexer Genome wie von Menschen, Mäusen oder anderen Modelorganismen notwendig ist. Um

großformatige Veränderungen im Genom zu entdecken, reicht es, in größeren Abständen einen Blick auf die

DNA zu werfen. Zunächst werden ‚Brücken’ aus der DNA geschnitten und mit Adaptern (blau) zum Ring gebun-

den. An der Adapterstelle lässt sich dann ein kurzer Abschnitt mit dem zu sequenzierenden Brückenanfang und

Brückenende herausschneiden.

Portrait

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Portrait

Isabel von Korff hat eine entscheidendeKernkompetenz: ein ebenso gutes Ge-spür für innovative Technologien wie fürihre eigenen Bedürfnisse. „Ich würdejetzt gern sagen, ich hätte das alles vonAnfang an genau so geplant“, antwortetsie einige Male auf Fragen zu ihrem be-ruflichen Werdegang. „Tatsächlich habensich rückblickend die Dinge immer wie-der zur rechten Zeit perfekt für michergeben“, stellt sie fest. Die promovierteBiologin hat sich aber auch immer wiederselbst die Frage gestellt „Was will icheigentlich?“ Und dann ganz genau hin-geschaut. „Authentizität ist mir bei allenEntscheidungen wichtig.“ Heute ist sieProjektleiterin der KoordinierungsstelleTechnologietransfer (KTT) des NGFN-2,sicherlich kein klassisches Berufsbildeiner Biologin und dabei exakt das, wassie machen möchte. „Es passt perfekt,genau hier will ich arbeiten“, sagt sieund lächelt dabei.

Ein bundesweiter Warnstreik der Lokführerlegt im ganzen Land den Bahnverkehr lahm.Nichts geht mehr – die Gewerkschaft fordert 31% mehr Lohn und lässt die Muskeln spielen.Kein Zug fährt – auch keine S-Bahn, und so teileich die missliche Lage von etwa fünf Millionenbetroffenen ratlosen Reisenden, als ich an die-sem Morgen am Flughafen München zum Inter-view lande. Der öffentliche Nahverkehr gibtsich unberechenbar, angekündigte Züge wer-den im letzten Moment wieder gestrichen undes gilt etliche Imponderabilien zu überwinden,um in die Herzogstr. 64, den Hauptsitz der IPAsset Management Firma Ascenion in Schwa-bing, zu gelangen. Doch die Sonne scheint undauch der Empfang ist freundlich – nun heißt es,die für das Gespräch verbliebene Zeit optimalzu nutzen. Kein Problem, denn der erste Ein-druck von Isabel von Korff bestätigt sich. Diegebürtige Rheinländerin ist keinesfalls der ver-

meintlichen Gemütlichkeit ihres neuen Schwa-binger Zuhauses anheim gefallen. Vor mir sitzteine Frau mit gelassenen Gesten, die optimisti-schen Tatendrang ausstrahlt und von Beginn anim besten Sinne Schnelldenker- und Schnell-redner-Qualitäten aufweist.

„Los geht’s“sind ihre Begrüßungsworte und leicht sind

wir mitten drin im Rückblick auf ihre bisherigeKarriere, die sie eher zufällig genau an den Ortgeführt hat, wo sie heute mit viel Herzblut undEngagement den Technologietransfer aus derForschung in die Industrie forciert. Seit gut zweiJahren ist sie bei der Ascenion GmbH, einemUnternehmen der Life-Science Stiftung zur För-derung von Wissenschaft und Forschung, dieöffentliche Forschungseinrichtungen aus demBereich Life-Sciences im professionellenUmgang mit ihrem geistigen Eigentum unter-stützt. Seit ihrer Gründung im Jahr 2001 sind esinzwischen 13 Institute, 12 aus der Helmholtz-bzw. Leibniz-Gesellschaft sowie die Medizini-sche Hochschule Hannover, die bei der Verwer-tung kommerziell interessanter Erfindungen,Materialien und Know-how exklusiv auf dieHilfe der Ascenion vertrauen. Isabel von Korffwirkt locker und selbstbewusst. Wenn sie überihre Arbeit spricht, vermittelt sie ihre Faszinati-on über die Vielfalt der Neuentwicklungen inden Lebenswissenschaften. „In den letztenzwei Jahren habe ich zusammen mit meinenKollegen für die KTT 1800 Publikationen ausdem Nationalen Genomforschungsnetz (NGFN-2) vor ihrer Veröffentlichung gescreent. In derRegel bekommen die Wissenschaftler innerhalbvon ein bis zwei Tagen eine Rückmeldung hin-sichtlich der Verwertbarkeit ihrer Ergebnissevon uns.“ Das erscheint bemerkenswertschnell. „Es geht darum, Interessantes schonvor der Publikation zu identifizieren, angemes-sen durch Patente zu schützen und geeignetePartner in der Industrie zu finden“, fasst sie

zusammen. Sie schätzt die Abwechslung undmit Begeisterung erzählt sie vom Facetten-reichtum ihrer Arbeit als Projektmanagerin fürdie KTT. Der Funke springt schnell über – aberschön der Reihe nach.

Eine Rheinländerin in MünchenSie selbst sowie ihre gesamte Familie

stammen aus Düsseldorf. Sie wächst dort aufund fühlt sich nach wie vor von ganzem Herzenals Rheinländerin. „Die Vermittlung hat michzum Biologiestudium nach Bonn geschickt.Nicht allzu weit weg von Zuhause also.“ DieDiplomarbeit macht sie am Botanischen Insti-tut der Universität Bonn. Die Frage, ob sieschon bei der Wahl des Themas – kohleverflüs-sigende Schleimpilze – auf eine mögliche indu-strielle Anwendbarkeit ihrer Ergebnisse speku-lierte, verneint sie lächelnd. „Meine heutigeTätigkeit ist nicht von langer Hand geplant.Auch wenn ich gern etwas anderes sagenwürde. Die Diplomarbeit hat sich eher aus Nei-gung denn aus taktischen Erwägungen erge-ben“, erklärt sie. Nach München ist sie dannzufällig, nämlich anlässlich eines Praktikums imAnschluss an das Studium, gekommen. „Ichhabe bei meiner Recherche nach Praktika unterdem Stichwort Biologie nur einen einzigen Tref-fer gehabt. Das war Bristol-Myers Squibb (BMS)hier in München“, erinnert sie sich. Nicht lang

Ideenvermarkterin aus LeidenschaftPortrait Isabel von Korff

Saskia Dombrowski

Portrait 29

gefackelt und erfolgreich beworben, machte siesich auf gen Süden für 6 Monate Praktikum inder Pharmaindustrie. „Inzwischen bin ich seitsieben Jahren hier und fühle mich sehr wohl.Doch zunächst war München für mich ein Kul-turschock“, gesteht sie freimütig und grinst.Die Tätigkeit bei BMS gefiel ihr gut und wiederspricht sie von Zufall. „Ich hatte Glück undhabe im Marketing und Produktmanagementgleich für einen Blockbuster der Firma gearbei-tet. Von der Produktion, über die Zulassung,Marketing, PR und Key-Account-Managementbis zum Vertrieb habe ich alles kennengelernt.“Eine spannende Tätigkeit, die jedoch zunächstein Ausflug bleibt, denn sie entscheidet sich,zurück an die Universität zu gehen und zu pro-movieren.

Nach dem Kulturschock„Alle Kolleginnen und Kollegen in der

Industrie waren promoviert und ich hatte denEindruck, mit nur einem Diplom in der Taschegibt es nicht viele Wahlmöglichkeiten fürmich“, bilanziert sie ihre Motivation für die Pro-motion. Als sich ihr mit Expressionsuntersu-chungen einer humanen Burkitt-Lymphom-Zell-Linie ein spannendes Thema am Forschungs-zentrum für Umwelt und Gesundheit ( GSF) inMünchen bietet, ist es entschieden. „Natürlichwar da vor allem ein Interesse am Fach“, machtsie deutlich. Drei Jahre dauert ihre Promotionam Institut für Klinische Molekularbiologie undTumorgenetik. „Der Expressions-Chip von Affy-metrix war zu dieser Zeit absolut neu und hip“,erinnert sie sich und hält einen Moment inne.„Ich hatte die Möglichkeit durch eine Koopera-tion der Arbeitsgruppe, in der ich promovierte,meine Experimente direkt in der Firma Rocheauszuwerten. Der sehr professionelle Ansatzdort hat mich beeindruckt.“ Mit den drei Jah-ren an der GSF und ihrer Zeit an der Bench ver-knüpft sie viel Spaß und Erfolg. „Immerhinkonnte ich drei Paper veröffentlichen. Das ichnicht in der Forschung bleiben wollte, war mirjedoch bald klar. Ich habe mich nie als Vollblut-forscherin empfunden.“ Stattdessen wollte sieüber den Rand der rein akademischen For-schung hinaus schauen und die Alternative zumvielleicht klassischen Weg in der Wissenschaftschien ihr die Pharmaindustrie zu sein.

Münchner BesonderheitenIn der Zwischenzeit hatte sie sich gut in

München eingelebt. „Der Freizeitwert der Stadtist schon enorm“, strahlt sie. Für das Reiten undSkifahren – seit Kindertagen mit der Familie

und schönen Erlebnissen verknüpft – findet siehier ideale Bedingungen. „Die Situation aufdem hiesigen Wohnungsmarkt ist allerdingsunangenehm“, gibt sie zu. „Auch wenn ichschon meine dritte Wohnung hier gefundenhabe und mit dem Rad zur Arbeit fahren kann,die Wohnungssuche ist haarig.“ Die erste Woh-nung teilte sie mit einer Zufallsbekanntschaft,die sie am schwarzen Brett der Uni kennenlerntund die sich als Leidensgenossin auf dem har-ten Münchner Wohnungsmarkt entpuppt.Schnell wird klar, für eine Zweck-WG stehen dieChancen auf eine einigermaßen bezahlbareWohnung deutlich besser. „Meine Mitbewoh-nerin ist nach Abschluss ihres Praktikums ausMünchen weg gezogen und eine Freundin vonmir zog statt dessen ein. Das hat gut gepasst.“Wie sollte es anders sein?

Forecast statt ForschungMit dem ihr eigenen Gefühl für gutes

Timing landete sie nach der Promotion wiederbei BMS. „Und zwar in der selben Abteilung wiedamals als Praktikantin. Allerdings dieses Malals Produktmanagerin“, freut sie sich. „DieSpielregeln in der Pharmaindustrie sind anders.Viele Termine und Dienstreisen, große Mee-tings, die Welt eines amerikanischen Pharma-konzerns – das war damals sicherlich beein-druckend für mich.“ Ihr neuer Job bedeutet vielBetriebswirtschaftslehre und wenig Wissen-schaft, mehr Budget und Forecast als For-schung, aber sie hat auch jede Menge Erfah-rung gesammelt und viel gelernt. Nach ihrenSchwächen gefragt, platzt sie heraus „Unge-duld!“ Der große Pharmakonzern mit seinenmanchmal langen Wegen erscheint ihr bald zähund schwerfällig. Als sie nach einem Jahr daserste Mal von einem Headhunter angerufenwird, ist sie geschmeichelt, fühlt aber auch,dass sie innerlich für einen Wechsel der Arbeits-stelle bereit ist. Als ein halbes Jahr später beiAscenion eine Stelle im Technologietransfer freiist, steht fest „ Da werde ich mich bewerben.“

Hier will ich arbeiten„Meine Bewerbungsunterlagen habe ich

damals persönlich bei Ascenion vorbeige-bracht“, erinnert sie sich und wird fast ein bis-schen sentimental. Die Firma beschäftigtedamals nur 10 Mitarbeiter und hatte ihre Bürosein paar Häuser weiter in der selben Straße wieheute. „Mein erster Eindruck war so gut, dassich wusste, hier will ich arbeiten.“ Seit dieserZeit im April 2005 hat sich einiges in der expan-dierenden IP Asset Management Firma geän-

dert, nicht aber Isabel von Korffs Begeisterungfür ihre Arbeit, die auch im Gespräch sofortwieder aufflammt. „Für mich ist das hier eineideale Kombination aus Forschung und Indu-strie. Ich kann meine Wissenschaftler-Naturbefriedigen und den mir wichtigen Sales-Gedanken durch die Kontakte in die Industrievertreten.“

Die KTT vermarktet Technologien aus demNGFN-2. Mit der Plattform des Genome Market-place werden potentiell verwertbare For-schungsergebnisse aus diesem Forschungsnetz-werk sichtbar und zugänglich und so Kontakteund Partner zwischen Industrie und Wissen-schaft katalysiert. Als zusätzliches Werkzeug hatdas Bundesministerium für Bildung und For-schung (BMBF) für die zweite Förderphase desNGFN einen Patentfond in Höhe von 350.000Euro eingerichtet, der von der KTT administriertwird und Patentanmeldungen erleichtern soll.„Ich schätze die flachen Hierarchien bei Asceni-on. Die Einstellung im Team ist sehr gut und dieMotivation, Forschung auch unter dem Busines-saspekt zu betrachten teilen wir hier alle. Esfunktioniert auch auf der persönlichen Ebenewirklich gut“, beschreibt sie die Arbeitsumstän-de als weiteren Wohlfühlfaktor.

Schnell und effizientDas Screenen von Abstracts,Vorträgen und

Papers aus den Arbeitsgruppen des NGFNgehört zu ihrem täglichen Ablauf. „Darausergibt sich eine hervorragende Übersicht überdie aktuelle Genomforschung“, erklärt sie. „DieTechnologieentwicklung so unmittelbar mitzu-bekommen, ist wahnsinnig spannend. – 28Technologien sind aktuell im Portfolio desGenome Marketplace, das soll in Zukunft nochdeutlich mehr werden.“ Die Ambitionen sindklar. Wenn sie nicht unterwegs ist – auf Veran-staltungen des NGFN oder internationalenKonferenzen und Kontaktmessen, um ihreÜbersicht über die vorhandenen Technologieneinerseits und die bestehenden Firmen mitihren aktuellen Interessen andererseits auf demLaufenden zu halten – kommuniziert sie mitVertragspartnern rund um den Globus. „Ichmag Menschen und halte mich für kommunika-tionsstark. Das kommt mir hier entgegen. Einebesondere Herausforderung sind Gespräch-spartner in Japan. Die Kommunikationswegesind dort zum Teil ganz anders als bei uns.“Dies alles fasziniert sie und macht nachvoll-ziehbar, warum sie an erster Stelle und wie ausder Pistole geschossen auf die Frage was ihrihre Arbeit bedeute antwortet: „Viel Spaß!“.

Portrait · Patente & Lizenzen

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Patente & Lizenzen

Gut beratenRundherum zufrieden mit ihrer Situation,

liegt es nahe nach einem Tipp für andere inPhasen beruflicher Neuorientierung zu fragen.„Eine schwere Frage“, findet sie. „Ich glaubejeder muss das Richtige allein für sich herausfinden und dabei ehrlich mit sich sein. Ich selbsthatte bisher keine konkreten Vorbilder“, erin-nert sie sich. Schnell sind die Falten auf ihrerStirn wieder verschwunden. „Mein Sternzei-chen ist Zwilling. Ich habe gerade gelesen, dassman uns nachsagt, während andere noch überLösungen nachdächten, setzten wir diese schonum.“ Sie lacht wieder. „Dem Vorurteil, gern

viele Dinge parallel zu tun entspreche ich aufjeden Fall. Aber als oberflächlich empfinde ichmich deshalb nicht. Wie gesagt, wohl aber alsungeduldig“, gibt sie nochmals unumwundenzu. Die Ansprüche, die sie an sich selbst stelltsind hoch. „Auf jedem Gebiet“, stellt sie festund wirkt an jedem Punkt unseres Gesprächsunbeschwert und aufgeschlossen. Immer wie-der wird klar, wie sehr sie ihre Arbeit schätztund dass sie einen Platz gefunden hat, an demsie sich sehr wohl fühlt. Auch im Rückblick istsie zufrieden mit den Karrierestationen, die siedurchlaufen hat. „Während meiner Promotionhabe ich nicht nur gelernt, eigenverantwortlich

und selbständig zu arbeiten. Ich kann michdurch meine eigene Zeit in der Forschung sicherauch besser in die Wissenschaftler hinein ver-setzen mit denen ich heute zu tun habe undfinde mehr Anerkennung“, denkt sie.

Ein fester Termin für Isabel von Korff istihre wöchentliche Yogaklasse. Ja, sie ist ent-spannt und ähnlich aufgeräumt wie ihr Schreib-tisch, aus dessen Schubladen sie mir am Endeunseres Gesprächs einen S-Bahn-Plan für dieRückfahrt zaubert. Die Zugführer haben inzwi-schen ihren Streik beendet, die Anbindung anden Flughafen ist eigentlich sehr gut und kannzügig sein.

Alnylam Pharmaceuticals, Inc. (Nasdaq: ALNY),eines der führenden Unternehmen bei RNAi-Arzneimitteln, meldete Anfang August, dass fürein zentrales Grundlagenpatent seines Tuschl-II-Patentportfolios vom Europäischen Patent-amt (EPA) eine Mitteilung gemäß Regel 51(4)EPÜ ergangen ist; diese Mitteilung entsprichteiner „Notice of Allowance” vom US-amerika-nischen Patent and Trademark Office. Es wirderwartet, dass das EPA das Patent innerhalb dernächsten sechs Monate erteilen wird. DasEuropäische Patent (EP 1407044 oder „‘044-Patent”) bietet umfassenden Patentschutz fürStoffe und Stoffgemische welche kurze doppel-strängige RNAs enthalten (englische Bezeich-nung: short interfering RNA, siRNA), sowiediesbezügliche Verfahren und deren Verwen-dungen ; siRNAs sind die Moleküle, welcheRNA-Interferenz (RNAi) vermitteln. Außerdemmeldete Alnylam, dass das Tuschl-II-Patent inAustralien erteilt wurde (AU2002235744). EinAbkommen mit der Max-Planck-InnovationGmbH, der Lizenzagentur der Max-Planck-Gesellschaft, spricht Alnylam die weltweitenexklusiven Lizenzrechte für die Verwendung der

Tuschl-II-Patentfamilie bei der Herstellung vonRNAi-Therapeutika zu.

Das ‘044-Patent ist das Ergebnis bahnbre-chender Forschungsleistungen, die Alnylam-Mitbegründer Thomas Tuschl, Ph.D. zusammenmit anderen Wissenschaftlern am GöttingerMax-Plack-Institut durchführte und im Jahr2001 im Fachmagazin Nature veröffentlichte.Diese Forschungsarbeiten führten zu dem ers-ten von Fachkollegen rezensierten und veröf-fentlichten Nachweis, dass RNAi von kurzendoppelsträngigen RNAs mit bestimmten Struk-turmerkmalen vermittelt wird und dass synthe-tische siRNAs mit oder ohne chemische Modi-fizierungen verwendet werden können, umRNAi in Säugerzellen hervorzurufen. DerTuschl-II-Familie zugehörige Patente wurden invielen Ländern aus aller Welt erteilt, darunter inden USA (U.S. Patent No. 7,056,704 und U.S.Patent No. 7,078,196), Neuseeland(NZ525888), Südafrika (ZA2003/3929) undSingapur (SG96891). Weitere Patentanmeldun-gen sind in aller Welt anhängig, darunter auchbestimmte Teilanmeldungen in den USA.

Die Tuschl-II-Patentfamilie unterscheidet

sich in ihren Besitzverhältnissen und ihrer Erfin-dungsherkunft von der Familie der sogenanntenTuschl-I-Patente, die noch anhängig sind und fürdie Alnylam ebenfalls die Lizenzrechte hält.

Während das Interesse aus allen Berei-chen der Biopharma-Branche an der Entwick-lung von RNAi-Therapeutika als einer potenzi-ellen Klasse innovativer Arzneimittel stetigzunimmt, wurde die einzigartige Stellung desIP-Portfolios von Alnylam mit den heutigenFortschritten der Tuschl-II-Patente in Europaund Australien weiter ausgebaut. Von beson-derer Bedeutung ist, dass diese neuen Patentesowohl Stoffansprüche als auch Ansprüche aufVerfahren und Verwendungen von siRNAsumfassen und damit eine signifikante Band-breite von geistigem Eigentum schützen, die fürdie Entwicklung und Kommerzialisierung vonRNAi-Therapeutika notwendig ist.

Tuschl-II ist mit Sicherheit ein wertvollesPatente mit Bezug auf RNAi. Es besteht einbreiter Konsens innerhalb der Naturwissen-schaften über die herausragende Bedeutungdieser veröffentlichten Forschungsergebnisse,auf die in praktisch allen Veröffentlichungen

Europäisches Patentamt erklärt seine Absicht,das Tuschl-II-Patent zu erteilenDas europäische Tuschl-II-Patent deckt siRNA- (short interfering RNA) –beinhaltende Stoffe und Stoffgemische,sowie diesbezügliche Verfahren und deren Verwendungen im zweitgrößten Pharma-Markt der Welt ab / Tuschl-II-Patent auch in Australien erteilt

Patente & Lizenzen · News & Confuse · Info 31

aus dem RNAi-Feld verwiesen wird.Die Ansprüche für das europäische ‘044-

Patent decken Stoffe und Stoffgemische welchedoppelsträngige RNAs enthalten, sowie dies-bezügliche Verfahren und Verwendungen,wobei die doppelsträngigen RNAs Strukturm-erkmale besitzen, deren Wichtigkeit für die the-rapeutische Wirksamkeit von siRNAs weithinanerkannt ist, einschließlich: eine von zweiRNA-Strängen gebildete doppelsträngige Regi-on mit einer Länge von 19-23 Nukleotiden,• eine oder mehrere 3’-Überhänge an den En-

den des doppelsträngigen Moleküls,• doppelsträngige RNAs mit chemischen Mo-

difizierungen am 3‘-Ende der siRNA zumSchutz vor Abbau und/oder die Verwendungeiner oder mehrerer Nukleotidmodifizierun-gen, wie 2‘-O-Me oder 2‘-F, ohne Einschrän-kung der Anzahl solcher Modifizierungenund

• pharmazeutische Wirkstoffe sowie deren Ver-wendungen zur Funktionssteuerung von ausSäugergenen oder den Genen von Krankheits-rerregermsowohl in vitro als auch in vivo.

Die Ansprüche des ‘044-Patents deckensiRNAs umfassend ab und schließen auchumfangreiche chemische Modifizierungen ein,die mancherorts als ‚siNAs’ bezeichnet werden,sowie die Anwendung von siRNAs zur Stillle-gung beliebiger Säugergene oder den Genenvon Krankheitsrerregern.Wir sind über die Fort-schritte in Europa und Australien mit Sicherheitbegeistert und wir erwarten weiterhin, dasssich wichtige neue Patente aus dieser grundle-genden Patentfamilie ergeben werden, für dieAlnylam die Exklusivlizenz von der Max-Planck-Gesellschaft erhalten hat, wie auch aus ande-ren Instrumenten geistigen Eigentums auf demGebiet der RNAi, die wir bei Alnylam Pharma-ceuticals bündeln konnten.

Über die RNA-Interferenz (RNAi)Die RNAi (RNA-Interferenz) ist eine bahn-

brechende Entdeckung der Biologie, die denWissensstand über die Aktivierung und Deakti-vierung von Genen innerhalb von Zellen revo-lutioniert und einen völlig neuen Ansatz für dieEntdeckung und Entwicklung von Arzneimitteln

bietet. Ihre Entdeckung wurde als „eine derbedeutendsten wissenschaftlichen Errungen-schaften des Jahrzehnts” gefeiert und er-schließt eines der vielversprechendsten undentwicklungsstärksten Grenzgebiete der Biolo-gie und der Arzneimittelentwicklung von heute,das mit dem Nobelpreis des Jahres 2006 fürPhysiologie und Medizin ausgezeichnet wurde.RNAi ist ein natürlicher Vorgang des Abschal-tens von Genen, der in einem von Pflanzen biszu Säugetieren reichenden Spektrum von Orga-nismen auftritt. Die Nutzung des natürlichenbiologischen RNAi-Vorgangs in unseren Zelleneröffnet den Ausblick auf die Schaffung einerbedeutenden neuen Klasse von Medikamentennamens RNAi-Therapeutika. RNAi-Therapeuti-ka zielen auf die Ursache von Krankheiten,indem sie bestimmte Boten-RNAs (MessengerRNAs, mRNAs) wirkungsvoll abschalten unddamit die Erzeugung krankheitsverursachenderProteine unterbinden. RNAi-Therapeutika ha-ben das Potenzial, völlig neue Wege für dieBehandlung von Krankheiten und die Pflegevon Patienten aufzutun.

Berlin, 06. September 2007 – Zum 1. Augustwurde aus der gemeinnützigen RZPD Deut-sches Ressourcenzentrum für GenomforschungGmbH die ImaGenes GmbH ausgegründet, diewesentliche Teile des RZPD Klon- und Service-betriebs fortführt. Das RZPD war 1996 im Rah-men des Humangenomprojekts gegründet undim Jahr 2000 als gemeinnützige GmbH ver-selbständigt worden.

Das RZPD hatte sich im Laufe der Jahre zueinem begehrten Forschungspartner mit ent-sprechendem kommerziellen Erfolg entwickelt.Dieses positive Ergebnis und der Abschluss ge-meinnütziger Projekte zur Jahresmitte 2007legten die Basis für ein tragfähiges Unterneh-men, das sich auf innovative Produkte und

Dienstleistungen für die biomedizinische For-schung spezialisiert.

Daher hat das RZPD zum 31. Juli 2007 denBetrieb als gemeinnützige GmbH beendet. DerGeschäftsbetrieb wurde nahtlos in Form einerAusgründung der bisherigen Führungsmann-schaft ab 1. August 2007 fortgesetzt. Das neueWirtschaftsunternehmen hat sich unter dem Fir-mennamen ImaGenes GmbH auf dem Biomedi-zinischen Forschungscampus Berlin-Buch, aufdem sich auch das Max-Delbrück-Centrum fürMolekulare Medizin, das Leibniz-Institut fürMolekulare Pharmakologie und weitere Biotech-nologie-Unternehmen befinden, angesiedelt.

Für den reibungslosen Übergang vomRZPD und die gewohnt hohe Produkt- und

Dienstleistungsqualität stehen im neuen Unter-nehmen wie bisher die Geschäftsführer Dr.Johannes Maurer und Martin Stock sowie derLeiter der Bioinformatik Dr. Steffen Hennig. DasTeam wird zudem ergänzt durch Chris sander,Leiter der Abteilung Computational Biology amMemorial Sloan Kettering Cancer Center inNew York Die RZPD-Webseite und die etablier-te Klon-Suchmaschine GenomeCube® werdenunverändert weitergeführt und können von bis-herigen RZPD-Kunden ohne neuerliche Regi-strierung weiterhin genutzt werden.

ImaGenes wird den erfolgreichen DNA-Chipservice ausbauen. Ebenso werden die Ver-triebskanäle erweitert. Kernkompetenzen wiedie Bioinformatik werden auch in Zukunft im

RZPD wird ImaGenes – Wirtschaftlicher Erfolgermöglicht Änderung der RechtsformFührungsteam des RZPD steht für nahtlosen Übergang

News & Confuse Info

News & Confuse · Info

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Mittelpunkt des Angebots stehen. ImaGenes istnach den internationalen ISO 9001:2000 Stan-dards zertifiziert.

Für Anfragen zum Thema steht das Mana-gement unter der Telefonnummer 030-94892440 zur Verfügung.

Über ImaGenesDie ImaGenes GmbH, Berlin, ist eine Aus-

gründung aus dem RZPD und gehört zu denmodernsten Dienstleistungszentren für dieGenomforschung in Europa. Basierend auf

einer der größten öffentlichen Klonsammlun-gen weltweit werden qualitativ hochwertigesForschungsmaterial über sein mit internationa-len Datenbanken verknüpftes GenomeCube®-Interface, Array-Technologie plattformen (Affy-metrix, Agilent, NimbleGen) und eine breitePalette funktioneller Analyse-Services zur Ver-fügung gestellt. Durch die auf den jeweiligenKundenkreis zuge schnittenen ImaGenes-Servi-cemodelle wird akademischen Forschern undder Pharmazeutischen Industrie Zugang zuMaterialien höchster Qualität und innovativen

Technologien bei größt möglicher Flexibilitätund optimalem Preisleistungsverhältnis ermög-licht. Eine Gesamtübersicht finden Sie unterwww.imagenes-bio.de oder www.rzpd.de

KontaktImaGenes GmbHDr. Johannes Maurer – Scientific DirectorRobert-Rössle-Str. 10 / Erwin-Negelein-HausD-13125 BerlinTel.: +49-30-9489 2440eMail: j.maurer@imagenes-bio.de

Anbau nachwachsender Rohstoffe in Deutschland auf über 2 Millionen Hektar

Von den insgesamt rund 12 Millionen HektarAckerfläche in Deutschland nutzen die deut-schen Landwirte gegenwärtig gut 2 MillionenHektar oder knapp 17 Prozent für den Anbauvon Energie- und Industriepflanzen. So lautetdas Ergebnis der Anbauschätzung der Facha-gentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Pro-jektträger des Bundesministeriums für Ernäh-rung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz(BMELV). Mit gut 1,75 Millionen Hektar tragenEnergiepflanzen den Löwenanteil dazu bei.Auch für das Wachstum gegenüber 2006 umknapp eine halbe Million Hektar sind sie primärverantwortlich. Die mit Industriepflanzen fürdie chemisch-technische Nutzung kultivierteFläche legte lediglich moderat zu.

Mehr denn je ist Biomasse eine zusätzlicheEinkommensquelle für die Landwirtschaft,gleichzeitig leistet sie wachsende Beiträge zumErsatz fossiler Rohstoffe und zum Klimaschutz.Im Vorjahr konnte Bioenergie bereits rund 3,4Prozent zum Primärenergieverbrauch inDeutschland beisteuern. In der Rangliste derwichtigsten Energiepflanzen gibt es - noch -keine wesentlichen Änderungen: Nach wie vorist Raps für Biodiesel und Pflanzenöl-Kraftstoffmit 1,1 Millionen Hektar der bedeutendsteEnergielieferant, es folgen Mais, Getreide undZucker für Biogas und Ethanol mit insgesamt650.000 Hektar.

Der Anbau von Raps in Deutschland undvon Mais stößt in bestimmten Anbauregionen

bereits an die Fruchtfolgegrenzen. Durch um-fangreiche Anbauversuche wird versucht neueArten in Kultur zu nehmen und alternative Nut-zungsvarianten zu testen. Damit wird das Spek-trum künftig deutlich größer werden und dieBiodiversität erhöht statt reduziert. Befürch-tungen Flächen, um die Biomasseproduktionauszuweiten, die zu Lasten der Nahrungsmit-telproduktion gehen, sind übertrieben. Studienzeigen vielmehr, dass durch Bevölkerungsrück-gang und Produktivitätssteigerung in der Land-wirtschaft weitere Ackerflächen frei werden. Bis2030 können es weitere 2 Millionen Hektarsein, auf denen dann Energie wächst, so dieFachagentur.Quelle: IdW 07.09.2007

News & Confuse · Info 33

Wir können noch viel von der Natur lernen – nurwas und wie, ist die schwierige Frage. Am Ideen-wettbewerb "BIONIK – Innovationen aus derNatur" des Bundesministeriums für Bildung undForschung (BMBF) hatten sich über 150 Forscher-teams mit Ideenskizzen beteiligt. In der ersten Aus-wahlstufe hatte ein Expertengremium 20 Vorha-ben ausgewählt, die für die Erstellung von Mach-barkeitsstudien vom BMBF gefördert wurden. Ausdiesen wurden am 20. Juni 2007 die sechs bestenmit einem Fördergeld von insgesamt 3 MillionenEuro ausgezeichnet. Mit seiner Idee, die Strukturvon Pflanzenzellwänden für neue Fa-serverbundwerkstoffe zu nutzen, gehörte dasTeam um Ingo Burgert vom Max-Planck-Institut fürKolloid- und Grenzflächenforschung zu den sechsPreisträgern. Die Wissenschaftler kopieren mitNanopartikeln feine Arme in den Zellwänden, diedort weiche und steife Komponenten miteinanderverbinden. So konnten sie bereits in ersten Testsherkömmliche Verbundwerkstoffe verbessern.

Die feinen Zellulosefibrillen einer Pflanzehaben einen Durchmesser von nur wenigen Nan-ometern – winzige Bruchteile eines menschlichenHaars – und machen die Pflanzenzelle trotzdemstabil und gleichzeitig flexibel. Bäume können soüber 100 Meter hoch werden und trotz ständigerBiegung mehrere tausend Jahre alt. Aber wieschafft das ein winziger Nanoverbund? Ingo Bur-gert leitet die Arbeitsgruppe Pflanzliche Biomate-rialen am Max-Planck-Institut für Kolloid- undGrenzflächenforschung und geht dieser Fragenach. Seine Versuche, die molekularen Geheim-nisse von Pflanzenstrukturen nutzbar zu machen,werden nun durch das Preisgeld des Ideenwett-bewerbs "BIONIK – Innovationen aus der Natur"unterstützt. "Wir wollen herausfinden, wie Zellu-losefibrillen und Matrixsubstanzen zusammenar-beiten und was sie bewirken", sagt Burgert – dieForscher schauen sozusagen in die molekulareTrickkiste.

In Mikrozugversuchen haben die Pflanzenbereits ihr mechanisches Können bewiesen. Ein

Blick ins Rasterelektronenmikroskop offenbart,was Pflanzen anders machen: sie passen nicht nurdie äußere Form des Organismus an, sondern ver-ändern auch individuell die molekularen Struktu-ren. Eine wichtiges Element ihrer Anpassungs-fähigkeit sind die Zellwände. "Die Pflanzenzell-wände sind nur zum Teil starr. In der Wand sindkleine steife Zellulosefibrillen in ein Netz aus wei-chen Stoffen, wie zum Beispiel Hemizellulosen,Pektin oder Lignin, eingebettet", so Burgert. Diesekomplexe Matrix aus Substanzen um die feinenZellulose-Stränge macht die Wände gleichzeitigsteif und zäh.

Die Forscher haben entschlüsselt, wie dieeinzelnen Bestandteile im Verbund ineinander-greifen. "Insbesondere Hemizellulose spielt dabeieine wichtige Rolle", erklärt Burgert: "Wie einVerbindungsstück ist ein Teil der Hemizellulosenan die Zellulose-Oberfläche gebunden, währendein anderer Teil wie ein Arm in die Matrix hinein-ragt." Diesen Trick hat das Forscherteam miteinem einfachen Modellsystem kopiert: Sie tunk-ten Glasfasern in eine Lösung, die Nanopartikelenthielt. Die Nanopartikel, die die Hemizelluloseimitieren sollen, haben sich dadurch auf denFasern abgesetzt.Anschließend tauchten die Wis-senschaftler die Fasern mit und ohne Nanoparti-kel-Schicht in eine Matrix aus Kunstharz. Für Zug-tests wurden nun diese Proben in eine Mikrozug-

bühne eingespannt und an ihnen gezogen, bissich die Fasern innen aus dem Harz lösten odereinfach ganz rissen. "Die Wirkung der Modifizie-rung war erstaunlich", sagt Burgert: "Während 8von 18 unbehandelten Fasern einfach aus demHarz herausgezogen wurden, gelang dies nur beieiner von 16 Proben mit graduellem Übergang,also mit Nanopartikeln."

Die Wissenschaftler untersuchten aber auchGlasfaserverbund-Stäbe, also Bündel aus Glasfa-sern. Dafür stellten sie aus 28 Fasersträngenganze Stäbe her, die entweder keine Nanopartikelim Übergang zwischen Fasern und Harz-Matrixhatten, ungleichmäßig angeordnete Partikel oderkomplett gleichmäßig verteilte Partikel. "Die Pro-ben mit graduellem Nano-Übergang waren denunbehandelten in der Biegefestigkeit überlegen",so Burgert: "Bei den Schwingungsuntersuchun-gen zeigten die Gradientenproben mit einerGrenzschicht aus Nanopartikeln eine bessereDämpfung als die Proben mit gleichmäßig verteil-ten Nanopartikeln."

Das Modell der Nanopartikel war sehr starkvereinfacht. Mit dem Forschungsgeld will Burgertdas Vorbild Zellwand noch feiner kopieren. Errechnet fest damit, dass künstliche Werkstoffedurch "molekulares fine-tuning" in Zukunft indi-viduell für ihren Einsatzbereich optimiert werdenkönnen.

Aus der Trickkiste der Pflanzen – Ein Beispiel aus dem BMBF-Ideenwettbewerb “Bionik – Innovationen aus der Natur”

Abb.: Lehrmeister Natur:

Das Modell der Zellwand

zeigt die Hemizellulosen

(weiß) als Teil der wei-

chen Matrix (hell oran-

ge), die wie kleine Arme

an die steifen Zellulosefi-

brillen (dunkel orange)

angekoppelt sind.

Bild: MPI für Kolloid- und

Grenzflächenforschung /

Burger

News & Confuse · Info

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Enttäuscht zeigt sich die Deutsche Forschungs-gemeinschaft (DFG) über die geplante Novelledes Gentechnikgesetzes, deren Eckpunkte Bun-deslandwirtschaftsminister Horst Seehofer amheutigen Dienstag in Berlin vorstellte. DasGesetz enthält zwar insgesamt einige Verbes-serungen. Gerade in den für die Forschung zen-tralen Punkten soll sich gegenüber dem derzeitgeltenden Gesetz jedoch nahezu nichts ändern.Wenn es bei den jetzt beabsichtigten Änderun-gen bleibe, werde die molekulare Pflanzenfor-schung in Deutschland auch weiterhin erheb-lich erschwert. Dies könnte leicht dazu führen,dass ein noch größerer Teil dieser für die Ent-wicklung resistenter Pflanzen so wichtigen For-schung ins Ausland verlagert wird und in

Deutschland praktisch nicht mehr stattfindet.Besonders kritisch sei aus Sicht der For-

schung zu kommentieren, dass die bisherigeHaftungsregelung im Gentechnikgesetz entge-gen früheren Überlegungen nun unverändertbleiben solle. Auch nach der Gesetzesnovellemüsse jeder Anwender dafür haften, wenn sichsein gentechnisch verändertes Saatgut mit kon-ventionellem Saatgut vermischt, unabhängigdavon, dass sich solche Vermischungen gene-rell nicht verhindern lassen oder ob das ein-dringende Saatgut zuvor als unbedenklich ein-gestuft wurde. Diese Regelungen waren undbleiben realitätsfremd und forschungshem-mend. Unverständlich sei auch, warum es beiVermischungen im Zusammenhang mit For-

schungsprojekten nun doch keinen Haftungs-pool geben soll; ein solcher war noch im Früh-jahr zumindest erwogen worden.

Auch die geplanten Abstandsregelungenstoßen auf Kritik der DFG. So soll der Abstandvon Äckern mit Gen-Saaten zu Feldern mit kon-ventionellen Saaten künftig 150 Meter und zuFeldern mit ökologischen Saaten 300 Meterbetragen. Diese Abstände sind weitaus größerals notwendig und gehen auch über das hinaus,was die Begleitforschung des Bundesfor-schungsministeriums für sinnvoll erachtet.

Weitere Informationen: www.dfg.de/aktuel-les_presse/themen_dokumentationen/hinwei-se_rechtsfragen/gruene_gentechnik/index.htmlQuelle: DFG 24. Juli 2007

Bundesregierung erhöht deutlich die Ausgaben für Bildung und Forschung Die Bundesregierung steigert ihre Ausgaben fürBildung und Forschung weiterhin stark. Das hatdas Bundeskabinett Anfang Juli beschlossen. Sosteht dem Bundesministerium für Bildung undForschung (BMBF) im kommenden Jahr nahezuacht Prozent mehr Geld zur Verfügung als 2007:Der Haushalt des Ministeriums beläuft sich imnächsten Jahr damit auf 9,187 Milliarden Euro,

das sind 670 Millionen Euro mehr als im Vorjahr.Auch in den Jahren nach 2008 sieht die mittelfri-stige Finanzplanung deutliche Steigerungen vor.Der größte Anstieg ist bei Forschung und Ent-wicklung zu verzeichnen – hier erhöhen sich dieAusgaben im nächsten Jahr gegenüber 2007 um580 Millionen Euro. Die Bundesregierung ver-stärkt mit den nun beschlossenen weiteren Inve-

stitionen ihren Einsatz für die Lissabon-Strategie:Hierbei hatten sich die Mitgliedsstaaten derEuropäischen Union darauf verständigt, bis zumJahr 2010 drei Prozent des Bruttoinlandsproduk-tes für Forschung und Entwicklung auszugeben –staatliche Ausgaben und Ausgaben der Wirtschaftzusammengerechnet. Bereits zum Beginn derLegislaturperiode hatte die Bundesregierung

DFG enttäuscht über Novelle des Gentechnikgesetzes – Geplante Änderungen würden Pflanzenforschung weiter behindern

EU-Forschungsminister einigten sich in Luxemburgauf den Start des Europäischen TechnologieinstitutsDie Forschungsminister der Europäischen Unionhaben im Juni beim Wettbewerbsfähigkeitsrat inLuxemburg einen umfassenden politischenGrundsatzbeschluss zum Europäischen Technolo-gieinstitut gefasst. Das EIT wird in den BereichenAusbildung, Forschung und Innovation neue undnachhaltige Impulse geben und damit Europawettbewerbsfähiger machen. Kernstück desEuropäischen Technologieinstituts sind diegeplanten Wissens- und Innovationsgemeinschaf-ten (abgekürzt: KICs/ Knowledge and Innovation

Communities). Die Ministerinnen und Ministereinigten sich auf den Aufbau in zwei Phasen undauf einen Finanzrahmen von 309 Millionen Euro.Zudem waren sich die Minister einig, dass akade-mische Abschlüsse nur von den nach nationalemRecht befugten Einrichtungen wie zum BeispielHochschulen innerhalb der jeweiligen KICs verge-ben werden sollten, die zusätzlich mit einem EIT-Label versehen werden können.

Nach der Einigung der Minister sollen fürdie Anfangsphase des EIT 309 Millionen Euro

aus dem Budget der EU-Kommission zur Verfü-gung gestellt werden. Deutlich wurde in derDebatte auch, dass das EIT nur dann erfolgreichsein kann, wenn die Finanzierung der Netzwerkelangfristig gesichert ist. Hier äußerten viele Mini-ster die Erwartung, dass sich die Wirtschaft sub-stanziell an der Finanzierung beteiligt. Zwei bisdrei KICs soll es nach den Vorstellungen desRates geben. Inhaltlich soll es unter anderem umerneuerbare Energien und die Klimaforschunggehen.

News & Confuse · Info 35

beschlossen, sechs Milliarden Euro zusätzlich fürForschung und Entwicklung aufzuwenden. Nunist wichtig, dass auch die Länder und die Wirt-schaft noch mehr in Forschung und Entwicklunginvestieren. Die Bundesregierung ist mit demBeschluss "in Vorleistung gegangen".

Benannt wurden auch die Forschungsberei-che, die besonders von dem zusätzlichen Geldprofitieren sollen: Der Schutz des Klimas und einenachhaltige Energieversorgung sind zentrale Auf-

gaben. Damit hier innovative Lösungen möglichwerden, muss die Forschung auf diesen Gebietenweiter gestärkt werden. Die Haushaltsmittel fürdie Vorsorgeforschung in den Bereichen Klima,Energie und Umwelt steigen deshalb im Jahr2008 um 16 Prozent auf mehr als 336 MillionenEuro. Mit der Hightech-Strategie zum Klima-schutz, die am 16. Oktober auf dem zweiten Kli-maforschungsgipfel vorgestellt werden soll,mobilisiert das BMBF darüber hinaus zusätzliches

Geld aus der Wirtschaft. Kern der Strategie ist daspartnerschaftliche Zusammenarbeiten von Wirt-schaft und Wissenschaft. Außerdem werdenGesundheitsforschung und Medizintechnik inbesonderem Maße von den zusätzlichen Haus-haltsmitteln profitieren: Für die Lebenswissen-schaften inklusive der Medizintechnik stehenmehr als 400 Millionen Euro zur Verfügung – 13Prozent mehr als 2007.Quelle: BMBF 04.07.2007

BMBF investiert 10 Millionen Euro in Hightech-Gerät zur Verbesserung der Arzneimittel-Entwicklung und DiagnostikAm Forschungszentrum Jülich wird ein weltweitbisher einmaliges Gerät zur medizinischen Bildge-bung errichtet. Mit ihm lassen sich anatomischsehr genaue Bilder aus dem Innern eines Körpersdarstellen, die gleichzeitig zeigen, welche Stoff-wechselvorgänge an diesen Orten ablaufen. DasHightech-Gerät wird die medizinische Diagnostikund die Arzneimittelentwicklung deutlich voran-treiben. Davon profitieren die Patientinnen undPatienten. Die verbesserten Einblicke in den Kör-per werden durch die Kombination der Magnetre-

sonanztomographie mit einer außergewöhnlichhohen Feldstärke von 9,4 Tesla und der Positronen-Emissionstomographie (PET) ermöglicht. Für dasGerät, das insbesondere bei neurologischenErkrankungen Anwendung finden wird, investiertdas Bundesforschungsministerium knapp 10 Mil-lionen Euro. Den gleichen Betrag wendet die Sie-mens AG auf. Das Forschungszentrum Jülich trägtdie Kosten für Bau und den zukünftigen Betrieb.

Genauere Bilder aus dem Körper werden zueiner deutlich verbesserte Früherkennung von

Krankheiten führen. In der Begleitung von Thera-pien soll eine schnelle Entscheidung möglich wer-den, ob die Behandlung, z.B. die Chemotherapievon Krebserkrankungen, anschlägt oder ob dasTherapiekonzept verändert werden muss. In derArzneimittelentwicklung verspricht die neue Tech-nik maßgeblich zur Verkürzung der Entwicklungs-zeiten beizutragen. Denn damit lassen sich sehrfrüh und sehr empfindlich Lokalisierung, Vertei-lung, und Wirkungen neuer Arzneimittelkandida-ten verfolgen. BMBF: 27.06.2007

Unter Leitung von Wissenschaftlern aus Gatersle-ben in Sachsen-Anhalt sind jetzt in einem inter-nationalen Konsortium die Forschungsarbeitenzur Entschlüsselung des Gersten-Genoms gestar-tet worden. Das Bundesministerium für Bildungund Forschung (BMBF) unterstützt diese Initiativemit rund 6 Millionen Euro. Die Ergebnisse könnenanschließend mittels konventioneller und moder-ner Züchtungsmethoden ("smart breeding": Prä-zisionszüchtung) zu ertragreicheren Gerstensor-ten führen. Diese sog. Hochleistungssorten vonGerste könnten der Landwirtschaft eine höhereErtragssicherheit, -qualität und -quantität bieten.Als eine der ältesten Getreidearten wurde dieGerste bereits vor mehr als 6000 Jahren in Kulturgenommen. Schon die alten Ägypter bauten siean. Heute stellt Gerste nach Weizen, Reis undMais die weltweit viertwichtigste Getreideart darund wird auf allen Kontinenten angebaut. Sie wirdin erster Linie als Viehfutter und zur Malzgewin-nung für die Bierherstellung genutzt. Deutschland

ist laut der Welternährungsorganisation (FAO) mitrund 12 Mio. Tonnen der drittgrößte Produzentweltweit.

Mit der Initiative zur Entschlüsselung desGerstengenoms übernimmt Deutschland zum ers-ten Mal eine Koordinierungsfunktion bei der Se-quenzierung eines Kulturpflanzengenoms. DieKoordination liegt beim Leibniz-Institut für Pflan-zengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) inGatersleben, einem internationalen Zentrum derPflanzenforschung, welches mit Bundes- und Län-dermitteln gefördert wird. Weitere Forschungsin-stitute aus München, Jena und Quedlinburg sindan diesem vom BMBF geförderten Projekt betei-ligt. Mit den Forschungsarbeiten werden die Vor-aussetzungen geschaffen, um die genetischenGrundlagen pflanzlicher Leistungsmerkmale sys-tematisch zu erforschen. Die Entschlüsselung desGerstengenoms ermöglicht eine verbesserte Nut-zung der in der Natur vorhandenen genetischenVielfalt bei Gerste für die weitere, züchterische

Verbesserung. Die Pflanzengenomforschung istein wesentlicher Bestandteil der modernen Pflan-zenzüchtung und -forschung geworden, da aufdiesem Wege wichtige Erkenntnisse sowohl fürdie Verbesserung von agronomischen Eigenschaf-ten (Ertrag, Resistenzen gegen Schädlinge, etc.)als auch zur Anpassung von Pflanzen an be-stimmte Kulturbedingungen (Trockenheit, salzar-tige Böden, etc.) gewonnen werden können.Zudem werden Pflanzen zunehmend als Energie-pflanzen (Biodiesel, Bioethanol, etc.) eingesetztund bieten Potenziale für die Herstellung vonindustriell wichtigen Stoffen wie biologischabbaubare Kunststoffen, die bisher nicht oder nurunter Einsatz chemischer Verfahren produziertwerden konnten.

Einen ausführlichen Bericht über die ange-laufenen Arbeiten und die Koordination des betei-ligten internationalen Konsortiums erscheint inGenomXPress 4/07 im Dezember 2007.Quelle: BMBF 16.08.2007

Bundesforschungsministerium stärkt die Grüne Biotechnologie

News & Confuse · Info36

GenomXPress 3/07

News & Confuse Preise

Veränderungen im Erbgut können Krankheitenauslösen. Derartige Mutationen schwächen dieAusprägung von Erbkrankheiten mitunter aberauch ab. Die Hormonforscherinnen Sarah Fun-derburk und Liubov Shatkina vom Forschungs-zentrum Karlsruhe zeigten dies am Beispiel desKennedy-Syndroms, einer angeborenen Mus-kelschwäche. Die Deutsche Gesellschaft für En-dokrinologie (DGE) zeichnete sie dafür im Junimit dem Schoeller-Junkmann-Preis. Der Preis istmit 10.000 Euro dotiert.

Die Erkrankung tritt mit einer Häufigkeitvon 1:50.000 in der Regel bei Männern auf. ImAlter von 30 bis 50 Jahren macht sich bei denBetroffenen zunehmende Muskelschwäche be-merkbar. Häufig geht sie einher mit Impotenz,Sprechen und Schlucken sind gestört. Ursachesind Veränderungen im Gen, welches den Re-zeptor für das männliche GeschlechtshormonAndrogen kodiert. Die Rezeptoren sorgen beim

Gesunden dafür, dass Androgen in den Zellkerngelangt. Bei Menschen mit Kennedy-Syndromist das für ihren 'Bau' zuständige Gen jedochverändert: Bestimmte Abschnitte des Gens, sogenannte CAG-Tripletts, wiederholen sichimmer wieder anstatt mit anderen zu wechseln.Die CAG-Tripletts kodieren die AminosäureGlutamin. Auf diese Weise entsteht ein Über-schuss an Glutamin in der Zelle. Je mehr Tri-pletts vorhanden sind, desto früher setzt dieMuskelschwäche ein und desto schwerer ist ihrVerlauf. Forscher vermuten, dass die Vermeh-rung des Glutamins den Transport der Andro-gen-Rezeptoren in der Zelle behindert: Treffenbeim Gesunden Androgene in der Zelle ein, bin-den sie an die Rezeptoren, die dann in den Zell-kern wandern. Doch beim Kennedy-Syndromerreichen die Rezeptoren den Zellkern nicht.Stattdessen lagern sich die Rezeptorteilchen inimmer größerer Menge in der Zelle ab. Dadurch

"vergiften" die Androgenrezeptoren nach undnach die Nervenzelle.

In einer Reihe von Experimenten an Frucht-fliegen konnten Funderburk und Shatkina nach-weisen, dass weitere genetische Veränderungenbeim Kennedy-Syndrom die Krankheitssympto-me abschwächen können. Die beiden Forsche-rinnen gehen davon aus, dass diese Mutationenwiederum den Rezeptor so verändern, dass dernormale Transport in den Zellkern gestört wird.Die beim Kennedy-Syndrom ohnehin gestörteEntsorgung des Rezeptors bessert sich dadurch.Wie genau dies geschieht, ist noch nichtbekannt. Von weiteren Experimenten verspre-chen sie sich neue Erkenntnisse bei der nach wievor rätselhaften Erkrankung.

Die DGE verleiht den Schoeller-Junkmann-Preis jährlich für wissenschaftliche Arbeiten aufdem gesamten Gebiet der Endokrinologie.Bewerber dürfen nicht älter als 40 Jahre sein.

DGE verleiht Preis für Hormonforscherinnen:Studie an Erbkrankheiten

Nach dem Leitgedanken „For a better future….“fördert die MTZstiftung (Monika und Thomas Zim-mermann) Wissenschaft und Forschung auf demGebiet der Humanmedizin. Sie fördert sowohl denklassischen wissenschaftlichen Forschungsansatzvon Doktorandinnen und Doktoranden (auchPostdoktorandinnen und Postdoktoranden) aufdem Gebiet der Zell- und Genforschung als auchdie innovative Systembiologie, die mit Hilfe einesinterdisziplinären Forschungsansatzes komplexe,miteinander vernetzte biologische Phänomene inZellen, Geweben und Organismen enträtselt undin realitätsnahe Computermodelle überträgt. Zielist die Erforschung der Ursachen und Zusammen-hänge von Erkrankungen um damit einen bedeut-samen Beitrag zu deren Überwindung zu leisten.

Im Hinblick auf die Erhaltung der Lebens-qualität einer immer älter werdenden Gesellschaftspielen bei der Stiftungsarbeit auch Fragestellun-

gen der Bioethik eine besondere Rolle.Über die Auslobung des MTZ-Awards für

Systembiologie sollen zukunftsorientierte innova-tive Forschungsansätze auf dem Gebiet der medi-zinisch orientierten Systembiologie gefördert wer-den. Der Förderpreis wird von der MTZstiftungvergeben und soll herausragende Doktorarbeitenaus der medizinisch orientierten Systembiologiean prominenter Stelle würdigen und damit demvielversprechenden wissenschaftlichen Nach-wuchs besondere Sichtbarkeit und öffentlicheAnerkennung verschaffen. Hierzu arbeitet dieMTZstiftung mit dem Bundesministerium für Bil-dung und Forschung (BMBF) sowie dem Projekt-träger Jülich (PtJ) zusammen.

Die Bewerbungsfrist für den MTZ-Award fürSystembiologie endet am 18. Februar 2008. DerFörderpreis soll junge Wissenschaftler/-innen för-dern, die einen hervorragenden Beitrag in der

systembiologischen Forschung geleistet haben.Die Preissumme ist teilbar und soll für die dreibesten Doktorarbeiten vergeben werden. Er wirdzum ersten Mal ausgelobt. Die feierliche Preisver-leihung findet während der 2. Konferenz„Systems Biology of Mammalian Cells“ vom 22.– 24. Mai 2008 in Dresden statt.

Nähere Informationen sowie erforderlicheDetails für eine erfolgreiche Bewerbung findensich im Internet unter www.mtzstiftung.de,www.systembiologie.de oder beim ProjektträgerJülich, PtJ unter www.fz-juelich.de/ptj/ systembio-logie.

MTZ-Award für SystembiologieBewerbung für einen Förderpreis für Systembiologie

News & Confuse · Preise 37

News & Confuse Treffen

Die europäische Zusammenarbeit ist zu einer festen Größe in den Lebens-

wissenschaften in Deutschland geworden. Egalob in Pflanzen-, Tier-, Mikroben- oder Human-forschung, Deutschland stellt eine treibendeKraft und einen verlässlichen Partner bei derSynergie- und Netzwerkbildung in Europa dar.In den vergangenen Jahren wurden viele Be-mühungen einer Vertiefung der europäischenZusammenarbeit in sogenannten ERA Netz-werken gebündelt. ERA steht dabei für die Visi-on, einen gemeinsamen und vor allem wettbe-werbsfähigeren, europäischen Forschungsraumzu schaffen („European Research Area“). InEuropa steht die „Lissabonstrategie“ synonymfür diese Bemühungen. Durch die Erhöhung derAufwendungen für Forschung und Bildung aufdurchschnittlich 3% des europäischen Brutto-sozialprodukts soll Europa bis 2010 zur wett-bewerbsfähigsten Forschungslandschaft welt-weit werden. Deutschland investiert momentan2,7% seiner Wirtschaftsleistung in Bildung undForschung.

Die Bundesregierung bündelt und intensiviert mit der „Hightechstrategie für Deutsch-

land“ Ressourcen und Kompetenzen. Pflanzensind in dieser Strategie ein Hightech-Thema.Spätestens mit dem Anstieg der globalen Nach-frage nach Nahrungsmitteln, nach Bioenergieund zunehmend auch nach Biomaterialien(10% der Rohstoffe für die chemische Industriesind bereits heute pflanzlichen Ursprungs),zweifelt niemand mehr am „Technologie- undRohstoffträger Pflanze“. Damit einhergehendemassive Preissteigerungen auf den Weltmärk-ten stärken die Produzenten und die Verarbei-ter. Sie weisen aber auch auf den Handlungs-bedarf hin. In Paris brachte Ralf-MichaelSchmidt von der BASF Plant Science dies aufeine einfache Formel: „Ertrag, Ertrag, Ertrag“.Ertragssteigerungen und Ertragssicherheit sinddie Basis einer verstärkt auf pflanzlichen Roh-stoffen beruhenden Ökonomie und Industrie.Im Zeichen eines globalen Klimawandels, einerwachsenden Weltbevölkerung und den steigen-den Ansprüchen der Menschen in den Transfor-mationsländern Asiens und Südamerikas, wird

die Steigerung und Sicherung der Erträge zurGretchenfrage.

Bereits bei der Eröffnung des Treffensbetonte Peter Lange, Abteilungsleiter und

Verantwortlicher für den Bereich der Lebens-wissenschaften im BMBF, „dass es das primäreZiel des in Paris verabschiedeten gemeinsamenForschungsprogramms ist, deutsche Forscherauf dem Gebiet der Pflanzenforschung zuermuntern, sich auch zukünftig über Länder-grenzen hinweg noch stärker zu vernetzen undinterdisziplinärer zu arbeiten“. Die internatio-nale Arbeitsteilung stärke dabei den StandortDeutschland, denn die deutschen Forscherbrächten ihre eigenen Stärken ein und profi-tierten von den Kompetenzen der französischenund spanischen Partner zugunsten innovativerEntwicklungen. Mit dem Programm „PLANT-KBBE“ werde eine Lücke zwischen den natio-nalen Fördermaßnahmen und der multi-natio-nalen Forschungsförderung durch die Europäi-sche Kommission geschlossen, so Lange weiter.PLANT-KBBE steht für “Transnational Plant Alli-

Handschlag mit positiven FolgenNeue Qualität der internationalen Zusammenarbeit in den Lebenswissenschaften

Mit der Unterzeichnung einer Kooperationsvereinbarung ebnete das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Anfang September in Paris den Weg für den weiteren Ausbau der internationalen Zusammenarbeit in den Lebenswissenschaftenauf dem Gebiet der Pflanzenforschung in Europa. Die Forschungsressorts in Deutschland, Frankreich und Spanien rücken damitnoch näher zusammen und schaffen die Grundlage für den Aufbau einer auf biologischem Wissen basierenden Industrie. Unter-zeichner waren neben dem BMBF das „Ministerio de Educación y Ciencia“ (MEC) in Spanien, sowie das „Ministère de l’Enseig-nement supérieur et de la Recherche“ in Frankreich und die französische Forschungsagentur, „Agence Nationale de la Recher-che“ (ANR). Herzstück der unterzeichneten Kooperationsvereinbarung ist ein transnationales Forschungs- und Entwicklungspro-gramm (PLANT-KBBE). Mit einer Laufzeit von 5 Jahren in der Startphase sollen mit insgesamt drei Ausschreibungen internatio-nale und interdisziplinäre Projekte auf der Basis von öffentlich/privatwirtschaftlichen Kooperationen („Public-Private-Partners-hips“) gefördert werden. Das BMBF unterstützt PLANT-KBBE mit 10 Mio. EUR je Ausschreibung. Damit wurde der Grundstein fürdie signifikanteste innereuropäische Kooperation in den Lebenswissenschaften gelegt.

News & Confuse · Treffen

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ance for Novel Technologies - Towards Imple-menting the Knowledge Based Bio-Economy inEurope", also einer Allianz die mit Hilfe inno-vativer Methoden eine nachhaltige, auf biolo-gischem Wissen aufbauende Industrie (KBBE)unterstützen wird.

Bereits seit mehreren Jahren existierenzwischen Deutschland, Frankreich und Spanienauf dem Gebiet der Genomforschung engeKontakte und gemeinsame Forschungsprojek-te. Europaweites Alleinstellungsmerkmal dieserKooperationen ist die intensive Einbindung vonPartnern aus der Wirtschaft dieser drei Länder.

Durch den Abschluss eines gemeinsamen Forschungsprogramms auf dem Gebiet der Pflanzenforschung und

Biotechnologie, wird zukünftig eine neue Qua-lität dieser Zusammenarbeit erreicht. Basierendauf einer Partnerschaft von Forschungseinrich-tungen und der privaten Wirtschaft in den dreibeteiligten Ländern, gelang es, ein auf mehre-re Jahre konzipiertes Programm mit jährlichenzu organisierenden Ausschreibungen zu eta-blieren. Mit „PLANT-KBBE“ wird eine Interdis-ziplinarität eingefordert, wie diese in denLebenswissenschaften bisher noch nie erreichtwurde. Ziel ist es aber auch, einen zeitnahenTransfer von Forschungsergebnissen in Produk-tinnovationen zu ermöglichen. „PLANT-KBBE“wird aber auch zusätzliche private Mittel in denUnternehmen aus Deutschland, Frankreich undSpanien mobilisieren. Damit trägt das transna-tionale Programm dazu bei, die Investitionen inForschung und Entwicklung europaweit zu stei-gern und dem Lissabonziel näher zu kommen.

Was sind die Ziele von „PLANT-KBBE“?Auf Programmebene sollen Synergien zwi-

schen den drei Ländern entstehen, um effizien-ter und zielgerichteter Pflanzen zu optimieren,die für eine umweltverträgliche Landwirtschaft,aber auch für unterschiedliche industrielle An-wendungsfelder optimiert werden. Die thema-tischen Schwerpunkte des Programms umfas-sen dabei vor allem Pflanzen als sichere undgesunde Nahrungs- und Futtermittel, als ener-getische Rohstoffe (Bioenergie) und für einestoffliche Nutzung in der Industrie zu optimie-ren. Themenfelder also, die bereits im deut-schen F&E Programm „GABI-FUTURE“ imple-mentiert sind. „PLANT-KBBE“ wird als interna-tionales Forschungsmodul helfen, Kompeten-zen die in Deutschland nicht vorhanden sind, inGABI-FUTURE zu integrieren.

Nach der Unterzeichnung der Kooperati-onsvereinbarung begannen die Delegations-teilnehmer der drei Länder in thematischenWorkshops die genannten drei Themenfeldervertiefend zu diskutieren. Diese in Paris be-gonnnen Diskussion wird in den kommendenMonaten fortgesetzt werden, um die bereits fürAnfang 2008 geplante erste Ausschreibunginhaltlich zu unterlegen. Dabei kann „PLANT-KBBE“ auf den bereits Erprobten Vorgehens-weisen aufbauen. Diskussionsforen, Strategie-gespräche und Workshops aber auch die in die-sem Jahr veröffentlichte „Strategische For-schungsagenda 2025“ der Technologieplatt-form „Pflanzen der Zukunft“ werden helfen,„PLANT-KBBE“ zu gestalten. Begleitend zu denForschungsaktivitäten sollen zum ersten Malgemeinsame Trainingsprogramme implemen-

tiert werden, die eine verbesserte internationa-le Ausbildung des wissenschaftlichen Nach-wuchses ermöglichen. Aber auch eine gemein-same Kommunikation sind Möglichkeiten, diean „PLANT-KBBE“ assoziiert sind.

Nach der Veröffentlichung der ersten Ausschreibung, so eine Vorschlag der in Paris anwesenden

Kollegen, sollen „Partnering events“ organi-siert werden. „Dieses Instrument hat sich inden zurückliegenden Jahren national und inter-national bewehrt. Um den Anspruch einergesteigerten Interdisziplinarität gerecht zuwerden, also um Partner aus unterschiedlichenForschungsbereichen wie der pflanzlichen, dermikrobiellen oder der Weißen Biotechnologieund Prozesstechnik in Forschungsverbünden zuorganisieren, aber auch um unterschiedlicheWirtschaftsbranchen in „PLANT-KBBE“ zu inte-grieren, sind diese notwendig“, betonte And-reas Graner vom Institut für Pflanzengenetikund Kulturpflanzenforschung, einer der deut-schen Delegationsteilnehmer.

Das Forschungsprogramm „PLANT-KBBE“zwischen Deutschland, Frankreich und Spani-en, so der Wunsch der beteiligten Ressorts, sollnach einer Etablierungsphase Schritt für Schrittdie Integration weiterer Länder stimulieren. Der„Handschlag“ von Paris besitzt Symbolkraftund Ausstrahlung zu gleich, verdeutlicht erdoch, dass „PLANT-KBBE“ zum Meilensteineiner zukünftig intensivierten interdisziplinärenForschung in Europa werden wird und auf dieseWeise die Grundlage für vielfältige Aktivitätenin den Lebenswissenschaften schafft.

Unterzeichnung der Kooperationsvereinbarung am 4. September in Paris. (von Links nach Rechts: Francisco Marcellán Staatssekretär im Ministerio de Educación y Ciencia in

Spanien, Jacqueline Lecourtier, Präsidentin der Agence Nationale de la Recherche in Frankreich, Peter Lange Abteilungsleiter Lebenswissenschaften im Bundesministerium

für Bildung und Forschung in Deutschland und Gilles Bloch, Generaldirektor im Ministere de l’Enseignement Superieur et de la Recherche in Frankreich)

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Science DigestDiese und weitere Meldungen der letzten drei Monate finden Sie im Internet unter www.gabi.de

Des Weines KernItalienische und französische Forscher

haben das Genom der Weintraube entschlüs-selt. Sie ist damit die erste fruchttragendePflanze, deren DNA-Sequenz bekannt ist. Dabeientdeckten die Forscher einige Besonderheiten:Das Gen, das für die Produktion des wahr-scheinlich gesundheitsfördernden Stoffes Res-veratrol zuständig ist, liegt nicht nur einmal,sondern gleich mehrmals vor. Auch die Gene,die für den charakteristischen Weingeschmackverantwortlich sind, gibt es in mehrfacher Aus-führung. Die Forscher erhoffen sich deshalb, dievielen verschiedenen Geschmacksvariantenvon Wein auf Genomebene zurückführen zukönnen. Die Stilbensynthase, ein Enzym, das inWeintrauben vorkommt, fördert die Bildungvon Resveratrol, das als der gesundheitsför-dernde Anteil des Weines gilt. Das Gen, das dieInformation für die Herstellung von Stilben-synthase trägt, liegt im Weintraubengenomgleich 43 Mal vor. Gleiches gilt auch für einanderes Enzym: Das Gen für die Terpensyntha-se gibt es sogar 89 Mal. Terpene sind Aroma-stoffe, die dem Wein seinen charakteristischenGeschmack verleihen. Im Falle der Terpensynt-hase gibt es aber nicht 89 identische Kopiendes einen Gens, sondern zahlreiche Varianten.Deshalb können auch viele verschiedene Aro-mastoffe hergestellt werden, die den Weinsor-ten ihren unterschiedlichen Geschmack verlei-hen. Nicht nur wegen des Geschmacks ist dasWeintraubengenom interessant. Der Vergleichmit anderen Genomen zeigt auch, mit welchenPflanzen der Wein näher verwandt ist. Dem-nach setzt sich das Weintraubengenom aus dreiVorgängergenomen zusammen und der Weinist mit der Pappel enger verwandt als mit demReis. Doch ihre Ergebnisse könnten die Wissen-schaftler auch auf ganz andere Weise nutzen.Die Kenntnis des Weintraubengenoms könntedabei helfen, den Wein genetisch so zu verän-dern, dass er resistenter gegenüber Krankheit-serregern wird, so die Forscher.Quelle: Nature, DOI: 10.1038/nature06148;BdW 27.08.2007

Wie Licht krank machen kannBakterien der Gattung Brucella sind ge-

fährlicher, wenn sie Licht ausgesetzt sind: Ame-rikanische Forscher haben bei diesen Krank-heitserregern einen Lichtsensor entdeckt. Wirddieser angeregt, teilen sich die Bakterienschneller. Menschen erkranken nach einer Bru-celleninfektion an hohem Fieber, bei Rindernführt sie zu Fehlgeburten. Wahrscheinlich hilftdie schnelle Teilung den Bakterien zu überle-ben, wenn sie durch eine solche Fehlgeburt indie Umwelt gelangen und hier auf ihr neuesOpfer warten. Die Wissenschaftler sequenzier-ten das Genom der Bakterien auf der Suchenach einem lichtempfindlichen Bereich. Dasgefundene Gen schleusten sie in ein neues,eigentlich harmloses Bakterium ein und schau-ten, wie dieses sein Verhalten änderte: Sobaldes mit Licht bestrahlt wurde, vermehrte es sich.Wurde das Licht abgeschaltet, fuhr es seineAktivität wieder herunter. Verantwortlich fürdie Reaktion auf Licht sind ein lichtempfindli-ches Molekül in den Bakterien, ein Chromo-phor, und das von dem übertragenen Genkodierte Protein, eine Histidinkinase. Trifft Lichtauf das Chromophor, bindet es an einen Be-standteil der Histidinkinase, die daraufhin ihreGestalt ändert und aktiviert wird. Die aktivier-te Kinase überträgt eine chemische Gruppe,einen Phosphatrest, auf ihr Zielmolekül. Überdieses Zielmolekül wird das Signal weiter in dasInnere der Zelle geleitet. Wie dieser Weg aus-sieht, ist den Forschern zwar noch nicht be-kannt, am Ende aber steht die rasante Vermeh-rung der Bakterienzelle. Die genaue Erfor-schung des durch Licht ausgelösten Signalweg-es könnte neue Ansätze für die Bekämpfungder Brucellen liefern: Medikamente, die dieAktivierung der Histidinkinase verhinderten,würden auch die Vermehrung der Bakteriennicht zulassen. Da es in menschlichen Zellenkeine Histidinkinasen gibt, könnte das nahezuohne unerwünschte Nebenwirkungen ablau-fen.Quelle: Science, Bd. 317, S. 1090; BdW24.08.2007

Der lange Atem des CO2Das heute freigesetzte Kohlendioxid

beeinflusst die Atmosphäre möglicherweisenicht nur kurzfristig, sondern für mehrere hun-derttausend Jahre. Das schließen britische For-scher aus einem mathematischen Modell, indem die Folgen des Kohlendioxidanstiegs durchdie Verbrennung fossiler Energieträger auf diechemischen Vorgänge in den Ozeanen simuliertwerden. Demnach können die Weltmeerewegen einer Verschiebung des Karbonatgleich-gewichts immer weniger Kohlendioxid aufneh-men, je mehr davon in der Luft ist – mit derFolge, dass etwa zehn Prozent des Treibhaus-gases dauerhaft in der Atmosphäre bleiben. Derdadurch entstehende klimatische Effekt ist sostark, dass er sogar die nächste Eiszeit verhin-dern könnte, glauben die Forscher. Nach Schät-zung des Weltklimarats IPCC liegt die Lebens-dauer von Kohlendioxid in der Atmosphäre zwi-schen fünf und zweihundert Jahren. Danach, sodie gängige Theorie, ist es vollständig von denOzeanen absorbiert worden. Bei diesen Annah-men wird jedoch ein wesentlicher Faktor nichtberücksichtigt: Wenn das Meerwasser Kohlen-dioxid aufnimmt, wird es saurer und löst dahermehr Kalziumkarbonat beispielsweise aus denSchalen von Muscheln und anderen Meerestie-ren. Je mehr Karbonat jedoch im Wasser ist,desto weniger Kohlendioxid kann es aufneh-men, was im Endeffekt dazu führt, dass größe-re Mengen des Treibhausgases in der Atmos-phäre bleiben, als die herkömmlichen Modellevoraussagen. Die Forscher haben auch hochge-rechnet, was das für das Klima auf der Erdebedeuten könnte. Normalerweise, erklärt er,gibt es aufgrund leichter Veränderungen desErdorbits etwa alle 100.000 Jahre eine Eiszeit.Schon heute ist jedoch die Kohlendioxidkon-zentration von 280 Milliliter pro KubikmeterLuft in der vorindustriellen Periode auf 380gestiegen, und der Weltklimarat schätzt, dasssie im Jahr 2100 bei 900 Millilitern pro Kubik-meter liegen wird. Damit die Eiszeit einsetzenkann, dürfen die Werte nach den Berechnungenvon Wissenschaftlern aber maximal bei 560

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Millilitern pro Kubikmeter Luft liegen – undeine solche Abnahme sei nach dem neuenModell bis zum theoretischen Beginn der näch-sten Eiszeit sehr unwahrscheinlich. Würden alleverfügbaren fossilen Energieträger verbrannt,wäre die Verzögerung sogar noch ausgepräg-ter: Die nächste Kälteperiode würde mit min-destens 500.000 Jahren Verspätung beginnen– wenn überhaupt.Quelle: New Scientist, 25. August, S. 16;Toby Tyrell (Universität in Southampton) etal.: Tellus B, Bd. 59, S. 664; BdW23.08.2007

Echtes UrgesteinIn Westaustralien haben Forscher über vier

Milliarden Jahre alte Diamanten entdeckt. DieEdelsteine sind damit zu einer Zeit entstanden,als die Erde erst rund 500 Millionen Jahre altwar, und damit mehr als eine Milliarde Jahreälter als alle zuvor gefundenen Diamanten. Ein-geschlossen sind sie in Zirkonkristallen, demältesten bekannten Mineral der Erde. Diaman-ten entstehen normalerweise nur unter sehrhohen Temperaturen. Der Diamantenfundwiderspricht somit der Theorie, dass die Erdebereits innerhalb von 200 Millionen Jahrennach ihrer Entstehung ausreichend abkühlte,um Ozeane entstehen zu lassen. Durch genaueAnalyse der Zirkonkristalle und Diamantenkonnten die Forscher Rückschlüsse auf die Ent-stehung ihrer Proben ziehen. Die Zirkonkristal-le entstanden demnach an der Erdoberflächeunter Beteiligung von Wasser. Die Erde mussalso zu diesem Zeitpunkt schon so weitabgekühlt gewesen sein, dass sich Wasser bil-dete. Kohlenstoff kann aber unter diesenBedingungen nur Diamantkristalle bilden,wenn er enorm hohem Druck ausgesetzt ist,wie er über 100 Kilometer unter der Erdober-fläche herrscht. Trotzdem sind die beiden Kri-stalle offenbar zur selben Zeit und am selbenOrt entstanden. Die wahrscheinlichste Er-klärung für diesen Widerspruch ist, dass derKohlenstoff nicht in Diamanten-, sondern inGraphitform in die an der Erdoberfläche ent-standenen Zirkonkristalle eingelagert wurde.Durch Bewegungen des Erdmantels und derErdkruste wurden die Zirkonkristalle dann sehrschnell immer tiefer Richtung Erdmittelpunktgeschoben, bis der Druck hoch genug war, umDiamanten entstehen zu lassen. Ob sich dieDiamanten wirklich auf diese Weise gebildethaben, wollen die Forscher durch genauereAnalyse der Kohlenstoffisotope in den Dia-mantproben untersuchen. Sie erhoffen sich,

mehr darüber herauszufinden, wie die Erde inihren ersten 500 Millionen Lebensjahren tat-sächlich ausgesehen hat.Quelle: Nature, Band 448, S. 917;23.08.2007

Struktur und Funktion von molekulargenetischem SchalterWissenschaftlern gelang es erstmals die

dreidimensionale Struktur eines menschlichenEnzyms zur Genregulierung und dessenArbeitsweise in der Zelle mittels funktionellerStudien aufzuklären. Das menschliche Erbgutenthält 20000-30000 Gene als Informations-einheiten. Diese werden im Verlauf der Ent-wicklung eines Menschen durch einen als"Genregulation" bezeichneten Prozess gezieltaktiviert und deaktiviert. Eine zentrale Rollekommt hierbei speziellen Proteinen, den DNA-Methyltransferasen, zu. Sie können Sequenzenvon Genen im Erbgut erkennen und durch sogenannte DNA-Methylierung, die Anlagerungvon Methylgruppen als Markermolekülen anSchlüsselpositionen, das Ablesen der nachfol-genden Gensequenz und somit ihre Aktivierungverhindern. Störungen dieses Prozesses könnenzu Entwicklungsdefekten führen und Krankhei-ten auslösen. Die Forscher klärten jetzt mittelsRöntgenkristallographie die räumliche Strukturder menschlichen Proteine Dnmt3a undDnmt3L, die als Funktionseinheit eine zentraleRolle bei der Genregulierung durch DNA-Methylierung während der menschlichen Em-bryonalentwicklung spielen. Das überraschen-de Ergebnis der Strukturanalyse war, dass sichjeweils zwei Dnmt3a-Dnmt3L-Einheiten alsDimer aneinanderlagern, so dass eine Methyl-transferase mit zwei aktiven Zentren in einemganz bestimmten räumlichen Abstand entsteht.Funktionelle Untersuchungen zur Bindung desEnzyms an die Ziel-DNA-Sequenz im menschli-chen Erbgut zeigten, dass der spezifische räum-liche Abstand der beiden aktiven Zentren desEnzyms in der Art eines Schlüssel-Schloss-Prin-zips häufig auch auf der Ziel-Sequenz der DNAzu finden war. Methylierungsexperimentekonnten darüber hinaus zeigen, dass beideZentren auch oft gleichzeitig für einen Anlage-rung von Methylgruppen an die DNA sorgten.Die besondere Struktur und Funktionsweise desvon uns untersuchten Enzyms zeigt ganz neueFacetten der Methylierung von DNA in mensch-lichen Zellen. So könnte das neu entdeckteenzymatische 'Doppelpack' zum einen einespezielle Form von Bindungsspezifität zwischenEnzym und Zielmolekül darstellen. Die paralle-

le Aktivität der beiden Zentren könnte auchdafür sprechen, dass bestimmte Regulierungs-prozesse besonders schnell ausgeführt werdenmüssen. In jedem Fall bringen diese For-schungsergebnisse mehr Licht in den Vorgangder organismischen Entwicklung, bei dem auseiner befruchteten Eizelle ein komplettes Lebe-wesen entsteht.Quelle: Nature, DOI:10.1038/nature06146,22.08.2007, IdW 23.08.2007

Warum Kaffee bitter schmecktNicht das Koffein macht den Kaffee bitter,

sondern erst beim Rösten der Bohnen und beimAufbrühen entstehende Substanzen. Das hatein deutsch-amerikanisches Forscherteam inLaboruntersuchungen und Geschmackstestsherausgefunden. Nach den Ergebnissen derForscher ist das Koffein nur für 15 Prozent derBitterkeit des Heißgetränks verantwortlich. Dergrößte Teil entfällt auf Antioxidantien, die erstbei der Weiterverarbeitung der Kaffeebohnenentstehen. Jeder denkt, Koffein ist der Haupt-bitterstoff im Kaffee. Doch das ist definitiv nichtder Fall. Die Forscher machten bis zu dreißigpotenziellen Kandidaten in Substanzen aus derGruppe der Chlorogensäure- Lactone und derPhenyl-Indane die wahren Urheber der Bitter-keit aus. Dass diese Substanzen in Kaffee vor-handen sind, war zwar bereits bekannt, dochwusste bisher niemand um deren bittere Wir-kung. Die Chlorogensäure-Lactone, von denenetwa zehn Varianten im Kaffee enthalten sind,kommen in grünen Kaffeebohnen noch nichtvor und entstehen erst beim Rösten der Boh-nen. Sie sind für die Bitterkeit vor allem vonKaffee aus nicht zu stark gerösteten Bohnenverantwortlich. In dunkler gerösteten Kaffee-bohnen, wie sie beispielsweise für Espressoverwendet werden, fanden die Forscher hinge-gen höhere Konzentrationen von Phenyl-Inda-nen, Abbauprodukten der Lactone. Diese Sub-stanzen haben einen anhaltend herben Ge-schmack, was die Bitterkeit von Espressoerklären kann. Auch die Art des Aufbrühensbeeinflusst die Bitterkeit des Kaffees, konntendie Forscher zeigen und damit weit verbreitetepraktische Erfahrungen bestätigen: So entste-hen bei Aufbrühen bei hohen Drücken und Tem-peraturen, wie sie beispielsweise in einerEspressomaschine vorkommen, besonders vieleBitterstoffe. Bei normal aufgebrühtem Kaffeehängt die Bitterkeit hingegen hauptsächlichvon den Bohnen und deren Röstung ab. Mitihren Erkenntnissen wollen die Forscher nun

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nach Methoden suchen, mit einer entsprechen-den Vorbehandlung der Bohnen die Produktionvon Bitterstoffen zu reduzieren. Auch ließensich mit speziellen Bohnenmischungen mildereKaffeesorten herstellen.Quelle: BdW 22.08.2007

Wie Viren dick machenAmerikanische Forscher haben weitere

Hinweise darauf gefunden, dass ein gewöhnli-ches Erkältungsvirus Übergewicht und Fettlei-bigkeit fördern kann: Im Labor veranlasst derErreger Stammzellen aus menschlichem Fettge-webe dazu, sich in ungewöhnlich große Fett-zellen zu verwandeln. Bei einer Infektion mitdem Virus namens AD-36 scheinen sich dahersowohl mehr als auch größere Fettzellen zu bil-den als ohne den Erreger, erklären die Wissen-schaftler. Die Ergebnisse bestätigen den bereitsin früheren Studien gezeigten Zusammenhangzwischen AD-36 und Übergewicht. Wie großder Einfluss des Virus tatsächlich ist, müssejedoch noch genauer untersucht werden –schließlich entwickelt nicht jeder Infizierte Fett-leibigkeit. AD-36 gehört zur Familie der Adeno-viren und verursacht normalerweise Entzün-dungen in den Atemwegen oder in den Augen.Bereits in mehreren Studien fanden Wissen-schaftler jedoch Hinweise auf einen Zusam-menhang zwischen dem Erreger und Überge-wicht. So sind Infektionen mit AD-36 etwa beiübergewichtigen Menschen fast dreimal sohäufig wie bei schlanken.Außerdem entwickelnim Labor sowohl Hühner als auch Mäuse undAffen Fettleibigkeit, wenn sie mit dem Virusinfiziert werden. Wie die Viren die Bildung desüberschüssigen Fettgewebes auslösen, war bis-lang allerdings unklar. In der neuen Studie infi-zierten die Wissenschaftler nun Stammzellenaus menschlichem Fettgewebe – gewonnen beiFettabsaugungen – mit AD-36 und beobachte-ten, ob sie sich anders entwickelten als unbe-handelte Zellen. Das Ergebnis: Während sichdie unbehandelten Stammzellen nicht verän-derten, verwandelten sich die infizierten Zellenin die Vorläufer von Fettzellen und lagertenzudem noch überdurchschnittlich schnell Fetteein. Verantwortlich für diesen Effekt war einVirus-Gen namens E4Orf1, konnten die For-scher außerdem zeigen. Dieses Gen könnte einvielversprechender Ansatzpunkt für die Ent-wicklung einer Impfung oder einer Therapiegegen die fettfördernde Wirkung von AD-36

sein, glauben die Forscher. Sie geben allerdingszu bedenken, dass eine solche Impfung kein All-heilmittel gegen Übergewicht sein wird, da dasVirus wohl nur in einigen Fällen an der Ent-wicklung von Fettleibigkeit beteiligt ist. Alsnächstes wollen sie nun untersuchen, warumnicht alle Infektionen mit AD-36 zu Überge-wicht führen und welche Faktoren mancheMenschen empfänglich für diese Wirkung desVirus machen.Quelle: Jahrestreffen der American ChemicalSociety, Boston,; BdW 21.08.2007

Schlangen auf StandbySchlangen können lange Hungerperioden

mit einem besonderen Mechanismus durchste-hen: Sie senken den körpereigenen Stoffwech-sel und verbrauchen dadurch weniger Energie.In diesem Standby-Modus bleiben sie aberwach und können fürs nächste Häppchen blitz-schnell zuschnappen. Damit unterscheidet sichdiese Überlebensstrategie deutlich beispiels-weise vom Überwintern bei Bären oder Igeln.Vermutlich haben es die Schlangen mit dieserTaktik geschafft, bei wechselnden Umweltbe-dingungen die vergangenen hundert MillionenJahre gut zu überstehen. Bislang waren denForschern nur zwei Möglichkeiten bei Tierenbekannt, lange Hungerperioden zu überstehen.So können beispielsweise Pinguine ihre Kör-pertemperatur absenken, während sich Eis-bären und Igel sich eine Fettschicht anfuttern.Bei den Schlangen entdeckten die Forscher nuneinen weiteren Mechanismus. Die Wissen-schaftler ließen drei Schlangenarten, einenKönigspython, eine Klapperschlange und eineGiftnatter, für 168 Tage hungern. In dieser Zeithielt er das Terrarium auf einer konstanten Tem-peratur von 27 Grad Celsius. Die Schlangenkonnten somit auf die Ruhephase nicht mit demSenken ihrer Körpertemperatur reagieren. DieSchlangen verbrauchten in der Hungerphasedeutlich weniger Sauerstoff, stellte der Forscherfest. Damit ging eine Reduktion des Stoffwech-sels von 72 Prozent einher. Wie den Schlangendies gelingt, ist den Zoologen noch schleier-haft. Besonders in den Zellen der Großverbrau-cher des Körpers wie dem Herzen und der Leberwird in dieser Zeit weniger Energie verbraucht,vermutet der Forscher. Es kommt noch hinzu,dass Schlangen ihre Fettreserven in Hunger-phasen sehr viel stärker ausnutzen können alsandere Tiere, erklärt der Forscher. Mit diesem

Evolutionsvorteil hätten die Hungerkünstler dievergangenen hundert Millionen Jahre auch inschlechten Zeiten gut überstanden, währendandere Tiere ausstarben.Quelle: Zoology, Bd. 110, S. 318; BdW20.08.2007

Laserbilder in 3DWissenschaftler von Massachusetts Insti-

tute of Technology (MIT) haben ein neues Ver-fahren zur Untersuchung lebender Zellen ent-wickelt. Im Gegensatz zur herkömmlichenMikroskopie muss die Zelle dabei nicht mit Flu-oreszenzmolekülen markiert werden und kanndaher im natürlichen Zustand beobachtet wer-den. Durch Rotation der in dem Verfahren ein-gesetzten Laserstrahlen kann sogar ein dreidi-mensionales Bild aufgenommen werden. Inihrer Pilotstudie zeigen Michael Feld und seineKollegen Bilder von Gebärmutterkrebszellen indrei Dimensionen, aufgenommen mit Hilfeeines überraschend einfach anmutenden Ver-fahrens. Dabei wurde wie in der gewöhnlichenLasermikroskopie die Zelle von einem Laser-strahl abgerastert. Bevor dieser allerdings aufdie Zelle traf, spalteten die Forscher einen Teildes Strahls mit Hilfe eines halbdurchlässigenSpiegels ab. Dieser Referenzstrahl wurde dannvor dem Detektor wieder mit dem Strahl, derdurch die Zelle hindurchging, vereinigt. DaLicht eine Wellennatur besitzt, hing die Inten-sität der von dem Detektor wahrgenommenenStrahlung von der Phasendifferenz zwischenden Teilstrahlen ab. Die Stärke des Phasen-sprungs des durch die Zelle scheinendenStrahls hing nun von dem Brechungsindex derMaterie ab, die sich im Strahl befand. Daherkonnte mit einem Computerprogramm einzweidimensionales Bild der Zelle errechnetwerden. Zum Sprung in die dritte Dimensionmusste der Strahl nun nur noch mittels einesSpiegels rotiert werden, so dass er unter unter-schiedlichen Winkeln in die Zelle eindrang. DieEinfachheit dieser Methode könnte schon baldzu ihrem breiten Einsatz führen. Obwohl dieAuflösung im Vergleich zu der von Elektronen-mikroskopen um mehrere Größenordnungenschlechter ist, liegt sie mit etwa einem halbenMikrometer jedoch schon jetzt im Bereich derBeugungsgrenze. Der große Vorteil des neuenVerfahrens besteht zweifellos darin, dass damitlebende Zellen untersucht werden können.Quelle: Nature Methods, DOI:10.1038/nmeth1078; BdW 17.08.2007

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Laserbilder in 3DWissenschaftler von Massachusetts Insti-

tute of Technology (MIT) haben ein neues Ver-fahren zur Untersuchung lebender Zellen ent-wickelt. Im Gegensatz zur herkömmlichenMikroskopie muss die Zelle dabei nicht mit Flu-oreszenzmolekülen markiert werden und kanndaher im natürlichen Zustand beobachtet wer-den. Durch Rotation der in dem Verfahren ein-gesetzten Laserstrahlen kann sogar ein dreidi-mensionales Bild aufgenommen werden. Inihrer Pilotstudie zeigen Michael Feld und seineKollegen Bilder von Gebärmutterkrebszellen indrei Dimensionen, aufgenommen mit Hilfeeines überraschend einfach anmutenden Ver-fahrens. Dabei wurde wie in der gewöhnlichenLasermikroskopie die Zelle von einem Laser-strahl abgerastert. Bevor dieser allerdings aufdie Zelle traf, spalteten die Forscher einen Teildes Strahls mit Hilfe eines halbdurchlässigenSpiegels ab. Dieser Referenzstrahl wurde dannvor dem Detektor wieder mit dem Strahl, derdurch die Zelle hindurchging, vereinigt. DaLicht eine Wellennatur besitzt, hing die Inten-sität der von dem Detektor wahrgenommenenStrahlung von der Phasendifferenz zwischenden Teilstrahlen ab. Die Stärke des Phasen-sprungs des durch die Zelle scheinendenStrahls hing nun von dem Brechungsindex derMaterie ab, die sich im Strahl befand. Daherkonnte mit einem Computerprogramm einzweidimensionales Bild der Zelle errechnetwerden. Zum Sprung in die dritte Dimensionmusste der Strahl nun nur noch mittels einesSpiegels rotiert werden, so dass er unter unter-schiedlichen Winkeln in die Zelle eindrang. DieEinfachheit dieser Methode könnte schon baldzu ihrem breiten Einsatz führen. Obwohl dieAuflösung im Vergleich zu der von Elektronen-mikroskopen um mehrere Größenordnungenschlechter ist, liegt sie mit etwa einem halbenMikrometer jedoch schon jetzt im Bereich derBeugungsgrenze. Der große Vorteil des neuenVerfahrens besteht zweifellos darin, dass damitlebende Zellen untersucht werden können.Quelle: Nature Methods, DOI:10.1038/nmeth1078; BdW 17.08.2007

Aus dem Körper,aus dem SinnAmerikanische Forscher wollen den

Eiweißklumpen im Gehirn von Alzheimer-Pati-enten mit einer Art Blutwäsche zuleibe rücken:Anstatt die Ablagerungen direkt anzugreifen,fischen sie deren Hauptbestandteil, ein Pro-

teinfragment namens Abeta, aus dem Blut her-aus. Dadurch wird das Abeta-Gleichgewichtzwischen Gehirn und Blutkreislauf gestört undein Abfluss der krankmachenden Proteinstückeaus dem Gehirn ausgelöst. Auf diese Weisekonnten die Wissenschaftler die Proteinklum-pen im Gehirn von Mäusen bereits um bis zu 90Prozent reduzieren und damit die Lernfähigkeitund das Gedächtnis der Tiere deutlich verbes-sern. Ob diese Taktik auch beim Menschen ein-gesetzt werden kann, können die Forscherallerdings noch nicht sagen. Im Fokus der Medi-ziner stand ein Protein namens sLRP. Es sorgtbei gesunden Menschen dafür, dass etwa 70 bis90 Prozent des im Körper gebildeten Abetaseingefangen und unschädlich gemacht werden.Bei Alzheimer-Patienten ist diese Fähigkeitjedoch stark beeinträchtigt, konnten die For-scher zeigen: Sie hatten im Schnitt ein Drittelweniger sLRP im Blut, von dem ein großer Teilzudem auch noch beschädigt war. Die Folgewar eine drei- bis vierfach erhöhte Abeta-Kon-zentration im Blut – ein Zustand, der bereits infrüheren Studien mit einer Zunahme der für Alz-heimer typischen Plaques im Gehirn in Verbin-dung gebracht worden war. Wenn jedoch einehohe Abeta-Konzentration im Blut mit einerhohen Abeta-Konzentration im Gehirn einher-geht, müsste umgekehrt auch eine niedrigeBlutkonzentration die Abeta-Menge im Gehirnverringern, lautete die These der Forscher. BeiMäusen konnten sie diese Vermutung bereitsbestätigen: Wurden die Tiere mit einer künstli-chen, hocheffizienten sLRP-Variante ausgestat-tet, verringerte sich die Abeta-Konzentrationsowohl in ihrem Blut als auch in ihrem Gehirnum 85 bis 90 Prozent. Gleichzeitig verbessertensich ihr Erinnerungsvermögen und ihre Lern-fähigkeit so sehr, dass sie sich kaum noch vondenen gesunder Mäuse unterschieden. Neben-wirkungen habe es keine gegeben, so die For-scher. Bisher dachte man, dass Alzheimer durchdie Produktion von zu viel Abeta entsteht, aberes kristallisiert sich immer mehr heraus, dassdas Problem eher in einer fehlerhaften Abeta-Beseitigung liegt. Obwohl es noch keine Ergeb-nisse beim Menschen gibt, sind die Wissen-schaftler optimistisch, dass sich sein Ansatz inder Klinik bewähren wird: Er hat bereits eineFirma gegründet, die eine für den Menschengeeignete effiziente LRP-Variante entwickelt,und hofft, in etwa zwei Jahren mit den erstenklinischen Studien beginnen zu können.Quelle:: Nature Medicine, DOI:10.1038/nm1635; BdW 14.08.2007

Wie Grüntee vor Krebs schützen könnteGrüner Tee könnte dem Körper bei der Ent-

giftung helfen und auf diese Weise vor Krebsschützen: Ein im Grüntee enthaltener Gerbstofferhöht die Aktivität spezieller Enzyme, die fürden Abbau giftiger, krebserregender Substan-zen zuständig sind, haben amerikanische For-scher beobachtet. Allerdings konnten sie denEffekt nur bei Studienteilnehmern mit niedrigenEnzymwerten nachweisen. In ihrer Studie kon-zentrierten sich die Forscher auf eine bestimm-te Gruppe von Eiweißen, die sogenanntenGlutathion-S-Transferasen (GST). Sie könnenkrebserregende Substanzen umbauen und soverhindern, dass diese das Erbgut schädigen.Wie Studien zeigen, haben Menschen mit nied-riger GST-Aktivität ein höheres Risiko fürbestimmte Krebserkrankungen. Für ihre Versu-che baten die Forscher nun 42 gesunde Pro-banden, zunächst vier Wochen lang keinerleiTee zu trinken. Anschließend bestimmten siedie GST-Werte im Blut der Freiwilligen. In dendarauf folgenden vier Wochen nahmen die Teil-nehmer täglich eine Grünteekapsel ein. Dieseenthielt so viele Gerbstoffe, sogenannte Cate-chine, wie sie natürlicherweise in 8 bis 16 Tas-sen Grünem Tee vorkommen.

Wie die Blutuntersuchungen zeigten, hat-ten die Studienteilnehmer nach der Grünteekurdurchschnittlich mehr GST im Blut als davor.Dementsprechend zeigten die Entgiftungsenzy-me im Durchschnitt auch eine höhere Aktivität.Allerdings gab es große Unterschiede zwischenden Teilnehmern. Bei Probanden, deren Enzymeursprünglich eher passiv waren, stieg die Akti-vität um bis zu 80 Prozent. Umgekehrt verrin-gerte sich die Enzymaktivität bei Personen, beidenen die GST vor der Grünteekur besondersaktiv waren, um 20 Prozent. Die Einnahme vonGrünteekapseln könnte also solche Menschenvor krebserregenden Stoffen schützen, diegeringe GST-Werte im Blut haben, schließen dieForscher. Wissenschaftler vermuten seit langemeinen Zusammenhang zwischen Grünem Teeund dem Krebsrisiko. Bekannt ist, dass die imTee enthaltenen Catechine freie Radikaleabfangen. Wie die neuen Ergebnisse nunjedoch zeigen, könnten die Gerbstoffe auch aufanderem Wege vor Krebs schützen.Quelle: Cancer Epidemiology, Bd. 16, S.1662; BdW 14.08.2007

Science Digest · Jobbörse 43

POSTDOC POSITION IN CROP MOLECULAR GENETICS

A postdoctoral position for 3 years is available fromJanuary 2008 in the research group of Dr. PD ChristianeGebhardt at the Max-Planck Institute for Plant BreedingResearch (Köln, Germany), to work in a small team on aGABI-FUTURE project funded by the Federal Ministry forEducation and Research (BMBF).Research topics: Transcriptomics and proteomics inthe context of development of diagnostic markers forpotato breeding.Qualification: PhD in biology, biotechnology, plantgenetics or related disciplines; experience in moleculargenetics. Advantageous is additional experience inphytopathology. We are looking for an individual withinterest in applied research, who is able to interact andcollaborate with project partners from industry and aca-demia.CV including copies of your academic qualifications, listof publications and addresses of two referees should besent to

Dr. PD Christiane Gebhardt (gebhardt@mpiz-koeln.mpg.de)MPI for Plant Breeding Research Carl von Linne Weg 10, 50829 Cologne, Germany

Molecular Plant BiologyFull Scientist position

We offer a scientist position that is financed by the DFG(Arabidopsis Functional Genomics Network AFGN). Fun-ding is available for up to three years at the Dept. ofBiosciences-Botany, Saarland University, Saarbrücken,according to TV-L E13.The topic is "Genetic network of nicotianamine functionin the regulation of metal homeostasis in Arabidopsisthaliana". The work involves global gene and proteinexpression, biochemical analysis of nicotianamine andmetal contents, as well as physiological studies usingnicotianamine synthase mutants. The position is availa-ble immediately.The Saarland University Faculty of Natural Sciences hasexcellent new equipment for proteomics studies andconfocal microscopy.

Your qualification: The position is restricted to theholder of a PhD. Preference will be given to applicantswith proteomics and/or plant genetics/biochemistry/physiology background. It is expected that the holder ofthis position participates in teaching an advanced cour-se in plant molecular biology (2 weeks per year) and intraining independently students and diploma students inthe lab. This scientist position offers the possibility todevelop an own research profile and establish in thefuture a research group.Further information can be obtained from:Petra Bauer, p.bauer@mx.uni-saarland.de Tel. 0681-302 58160.

Please send full applications to Prof. Dr. P. BauerDept. of Biosciences-BotanySaarland University,PO Box 151150, D-66041 Saarbrückenp.bauer@mx.uni-saarland.de.

Post doc Position in Barley Genetics

Project Title: GABI-Grain – developing barley lines withimproved yield and grain quality under drought stressduring seed filling.Scientific Background: The Independent BarleyGenetics Research Group headed by Klaus Pillen studiesthe genetic variation present in wild barley and itsimpact on quantitative traits in cultivated barley.By means of the advanced backcross quantitative traitlocus (AB-QTL) strategy, a multitude of QTL effects havebeen located on the barley map, each explaining a por-tion of the genetic variation for quantitative traits likeyield and yield determinants, malting quality, pathogenresistance and abiotic stress tolerance. Currently, a com-plete set of pure barley introgression lines (ILs) is underdevelopment. Each IL holds a unique wild barley intro-gression in the genomic background of the elite barley,allowing to identify allele-dependent phenotypic varia-tion between wild and cultivated barley.Project Description: The GABI-Grain project is finan-ced by the German plant genome initiative (GABI) andinvolves a close cooperation with leading German insti-tutes for barley genetics and plant metabolite profiling.

The post doc will utilize the available barley ILs in orderto identify new QTLs related to tolerance against waterstress during flowering under controlled environments.Promising QTLs, which reproducibly reveal strong phe-notypic effects, will eventually be subjected to map-based cloning. In addition, proteins associated with animproved tolerance to water stress during flowering willbe identified by 2-D protein profiling and subsequentpeptide sequencing.Requirements: Applicants should hold a PhD degreein biology or agricultural science and combine goodknowledge and capabilities in plant molecular biology,preferably with experience in barley genomics and 2Dproteome analysis. In addition, computational and sta-tistical experience is advantageous. Candidates shouldsend their CV, including certificates, a list of publicationsand the names of two referees to the email addressmentioned below.Payment and Duration: The appointee will be paidaccording to the German TVÖD level (EG13). The projectwill start in November 2007 and is planned for a maxi-mum of 3 years.Send email application to:PD Dr. Klaus PillenMax Planck Institute for Plant Breeding ResearchBarley Genetics Research GroupEmail: pillen@mpiz-koeln.mpg.deInternet: http://www.mpiz-koeln.mpg.de/

A 2 years postdoctoral position

is available at the University of Verona – Italy – for thecharacterization of nitric oxide signaling functions du-ring the disease resistance response. A solid backgroundin plant-pathogen interactions is required. The projectwill focuse on the functional characterization of genesand gene products whose activity is modulated by nitricoxide and related species. The candidate is expected tosupervise the work of at least one PhD student.RESEARCH PROJECT: By reading the ongoing projectsand a few papers that can be downloaded from my website (profs.sci.univr.it/~delledon) the candidate shouldget a clear idea of what we are doing. There is an incre-dible and exciting freedom in choosing the topic thepostdoc will want to develop. He/she will have the pos-sibility to supervise one of the PhD students currently inthe lab in order to develop a "secondary project" thatshould allow some publication in case of failure of theexciting (but usually risky) project that very motivatedpeople usually want to develop. However, the level ofinteraction with people in the lab is left to the postdoc.

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The area of transcriptomics and proteomics are quite full(although space can be found and new projects can bedefined), whereas the area of functional characterizati-on of what is discovered by those 'omics' approachesreally needs potentiation.DEFINITION OF THE RESEARCH PROJECT: I like tofollow the steps I had to follow during my period at theSalk Institute, in the lab of Chris Lamb: the postdocshould be prepared to spend the first few days talkingto me and to the people in the lab. Then, read a fewpapers on the topics more interesting for both of us and,together with me, decide what he/she want to do duringthe next couple of years. I believe this is a fantasticopportunity...SALARY: I can offer a 2 years research contract of24.000 euro per year, taxes included. This special natio-nal research contract has a very limited amount of taxes(18%), and thus the monthly salary (tax free) is > 1600euro. Assistant professors earn less than that, in thiscountry. Currently, my lab is hosting 3 french, 1 polishand 1 german postdoc who are earning less than that,but that live confortably well here. In Italy, PhD studentsearn 820 euro/month tax free. Blue collars earn around900-1100 euro/month (tax free).I expect to draft a shortlist of potential candidates in thenext few weeks, in order to activate the advertisementfor the position as soon as possible. The position is avai-lable immediately, but I'm ready to delay a few monthsif the selected candidate will defend her/his thesis in areasonable amount of time.HOW TO APPLY: Immediately Send CV attached toemail to: massimo.delledonne@univr.it

3 year Postdoc Position + 3 year PhD Position inMolecular Plant Physiology

The Department of Plant Physiology at the University ofBayreuth has two main research interests:1. Molecular mechanisms of metal homeostasis inplants (see, for instance, Clemens et al. 2002; Weber etal., 2004, 2006). Using molecular genetic and bioche-mical tools we arestudying micronutrient acquisition,metal tolerance, and metal accumulation in Arabidopsisthaliana and the hyperaccumulating metallophyte Ara-bidopsis halleri.2. Plasticity of plant metabolomes and the physiologicalfunction/biological activity of plant metabolites. Herewe are applying state-of-the-art LC-MS-based metabo-lic profiling to detect genotype- and stimulus-dependentchanges in the A. thaliana metabolome (see, forinstance, von Roepenack-Lahaye et al., 2004; Böttcheret al., 2007). Within the framework of a BMBF-fundedGABI-FUTURE project (together with the University ofCologne, Prof. Flügge, and the Leibniz Institute of PlantBiochemistry, Prof. Scheel) we have openings a. for a Postdoc (PhD in Biology, Biochemistry or Che-mistry) to run our LC-ESI-QTOF-MS metabolomics plat-form. Main emphasis will be on the characterization ofA. thaliana mutants that show alterations in the level ofchemoprotective (e.g. anti-cancerogenic) compounds.

The project aims to identify and characterize new genesand new patterns of biosynthetic regulation of chemo-protectives in the model system A. thaliana. Experiencewith mass spectrometry and the handling of complexdata matrices will be advantageous.b. for a PhD student (Diploma in Biology or Bioche-mistry) to work on A. thaliana metal tolerance mutantsisolated in our lab and on the effects of metal excess onthe A. thaliana metabolome.Please send your applications via email only to Prof. Dr. Stephan Clemens(stephan.clemens@uni-bayreuth.de).

Am Institut für Biotechnologie 1 (IBT-1) des Forschungs-zentrums Jülich GmbH (Leitung Prof. Dr. H. Sahm) bestehtab sofort die Möglichkeit zur Durchführung einer

Diplomarbeit

Ganzzell-Biotransformation zur Gewinnung chiraler Hy-droxyverbindungen mit Bacillus megaterium und Cory-nebacterium glutamicumZiel des Projektes: Ziel der Diplomarbeit in Koopera-tion mit einem Unternehmen der chemischen Industrieist die Weiterentwicklung von Ganzzell-Biotransformati-onssystemen mit den Grampositiven Bakterien Coryne-bacterium glutamicum und Bacillus megaterium.Thema der Arbeit: Ganzzell-Biotransformation zurGewinnung chiraler Synthesevorstufen von Pharmaka,in Zusammenarbeit mit Chemikern; Untersuchungen desStofftransports zur Steigerung der Produktivität bei eta-blierten Biotransformationssystemen; Konstruktion undCharakterisierung neuer Ganzzell-Biokatalysatoren.Anforderungsprofil: Vordiplom in Biologie oder Bio-chemie, grundlegende Kenntnisse in modernen mole-kularbiologischen, biochemischen und mikrobiologi-schen Methoden, bereitschaftzur Arbeit im Team.

Kontakt, Information und Bewerbung an:Dr. Stephanie Bringer-MeyerInstitut für Biotechnologie 1Forschungszentrum Jülich GmbH52425 JülichTel.: 02461-613519, Fax: 02461-612710E-Mail:st.bringer-meyer@fz-juelich.de

In einer neugegründeten Nachwuchsforschungsgruppeam Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie ist ab1. Oktober 2007 die Stelle eines/einer Doktoranden/Doktorandin

zunächst für 2 Jahre zu besetzen. Eine Verlängerung um einweiteres Jahr zur Beendigung der Promotion ist möglich.Bifidobakterien werden als sog. Pharmabiotika u.A. zur

Behandlung von chronisch-entzündlichen Darmerkran-kungen eingesetzt. Dabei scheinen sie in der Lage zusein, eine übermäßige Entzündungs- reaktion des Dar-mepithels zu unterdrücken. Unsere Gruppe konnte kürz-lich zeigen, daß Bifidobakterien spezifisch die LPS-indu-zierte Entzündungsreaktion von Darmepithelzellen inhi-bieren können. Der/Die Stelleninhaber/in soll schwer-punktmäßig experimentelle Arbeiten im Bereich derInteraktion von probiotischen Bifidobakterien mit in-testinalen Epithelzellen durchführen. Dabei sollen die ander ent- zündungshemmenden Wirkung von Bifidobak-terien beteiligten molekularen Mechanismen untersuchtwerden. Ein wesentlicher Teil des Projektes ist die Eta-blierung eines bestehenden Maus-Models chronisch ent-zündlicher Darmerkrankungen an der Universität Ulm.Wir suchen eine/einen hochmotivierte/n Mitarbeiter/inmit sehr gutem Hochschulabschluss in Biologie odereiner verwandten Fachrichtung.Vorraussetzungen sind grundlegende Erfahrungen immikrobiologischen und molekularbiologischen Arbeiten,fundierte Kenntnisse in der Zellkultur, Erfahrung mitimmunologischen Fragestellungen sowie mit Arbeitenmit Tiermodellen sind erwünscht, jedoch nicht obligato-risch, gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift wer-den vorausgesetzt.Die Vergütung erfolgt nach Entgeltgruppe 13/2 TV-L.Die Universität strebt eine Erhöhung des Anteils vonFrauen in der Forschung und Lehre an und bittet deshalbqualifizierte Wissenschaftlerinnen nachdrücklich umihre Bewerbung.Bewerbungen mit den üblichen Unterlagen (Anschrei-ben, Lebenslauf, zwei Referenzen, sowie ggf. Literaturli-ste) richten Sie bitte bis zum 30. September 2007 an:

Dr. Christian RiedelUniversität UlmInstitut für Mikrobiologie und Biotechnologie Albert-Einstein-Allee 11, 89081 Ulme-mail: christian.riedel@uni-ulm.deElektronische Bewerbungen per e-Mail sind willkom-men. Schwerbehinderte werden bei entsprechender Eig-nung vorrangig eingestellt. Die Einstellung erfolgt durchdie Zentrale Universitätsverwaltung.

Laboratory of Plant Physiology and BiophysicsInstitute of Biomedical and Life SciencesBBSRC-funded

Postdoctoral AssociateSystems Analysis of Stomatal Dynamics

A 3-year BBSRC postdoctoral associateship (£23,692-£32,796 per annum, plus superannuation and NationalInsurance benefits) is available to study the role of oscilla-tory dynamics in stomatal guard cells with Professor MRBlatt FRSE. This project is part of a joint programme withthe Biological Mathematics Group at Glasgow Universityand the laboratory of Prof. Alistair Hetherington at BristolUniversity.

Science Digest 45

The work will engage cutting-edge techniques in ima-ging, electrophysiology and mathematical modelling (1)to explore the role(s) of cellular oscillatory behaviours inguard cells underlying stomatal dynamics in the labora-tory and field, and (2) to develop, test and validate quan-titative kinetic models of transport and signalling toaddress these roles.The successful candidate will normally hold a Ph.D. ontaking up post. Knowledge of mathematicalapproaches in biology and/or cell biology and electro-physiology techniques will be an advantage. Essentialtraining in these, and related areas will be available andadditional support will be provided in the laboratoriesat Glasgow and Bristol, and by the Kelvin Fellow inMathematics at Glasgow, Dr. Tianhai Tian, and researchcomputer programmer Mr. Adrian Hills (see http://www.gla.ac.uk/ibls/BMB/mrb/lppbh.htm).Contact Prof. Blatt for further details and to discuss theopportunities informally [email m.blatt@bio.gla.ac.ukor phone on +44 (0)141-330-4771 or (+44-(0)789)907-4182]. See also the laboratory web site athttp://www.gla.ac.uk:443/ibls/staff/staff.php?who=PGAPAd. Formal applications should be addressed to

Ms. Caren CunninghamIBLSWest Medical Building, University of GlasgowG12 8QQ UK

Quote ‘BLATT BBSRC’ and include a CV (two copies), listof publications, and the names, phone numbers, postaland email addresses of three academic referees.Include also an Equal Opportunities monitoring form(http://www.gla.ac.uk/services/humanresources/recruit/eoformrecruitment.doc). Electronic applications nor-mally will not be accepted. Closing date for applicationsis expected to be Friday 2 November, 2007.

Open position as

Statistician and Genetics ScientistSugar Beets

Syngenta is a world-leading agribusiness committed tosustainable agriculture through innovative research andtechnology. The company is a leader in crop protection,and ranks third in the high-value commercial seeds mar-ket. Sales in 2006 were approximately $8.1 billion. Syn-genta employs around 21,000 people in over 90 coun-tries. Syngenta is listed on the Swiss stock exchange(SYNN) and in New York (SYT). Further information isavailable at www.syngenta.com.Syngenta Seeds AB, daughter company of Syngenta, isspecialised on breeding, production and sales of sugarbeet seed, which is sold under the brand name ”Hilles-hög”. To match future needs of sugar production andconsumption world wide Syngenta invests significantly

into research and development of new sugar beet varie-ties. Syngenta Seeds AB in Landskrona is the head quar-ter for Syngenta’s sugar beet activities with more than200 employees.ROLE PURPOSE: The purpose of the Statistician &Genetics Scientist is to perform and support experimen-tal design, data handling, and statistical analyses as aselection tool, combining phenotypic, genotypic andenvironmental data. In a highly team-oriented environ-ment the scientist will support project leaders and plantbreeders and implement emerging statistical tools andmethodologies, and will enable the generation and dis-tribution of readily applicable trait-specific genetic infor-mation, resulting in trait and variety enhancement.ACCOUNTABILITIES: Provide statistical expertise anddata-handling support in the development, implemen-tation and use of analysis tools and methodologies, spe-cifically marker-assisted selection and association gene-tics combined with environmental data. In cooperationwith Molecular geneticists, Plant breeders and Molecu-lar biologists, the Genetic Statistician will contribute totrait and variety enhancement.KNOWLEDGE SKILLS & EXPERIENCE: Expertise instatistics, with experience from association genetics andlinkage disequilibrium tools as well as a thorough kno-wledge of plant or animal breeding theory and Mende-lian genetics (experimental designs, descriptive and teststatistics, genetic gain theory, genetic models, linkagedisequilibrium, etc.). Being able to communicate fluent-ly in English and excellent interpersonal skills, especial-ly those required to successfully function as part ofcross-functional and cross-cultural teams, would ensurethe successful integration into our international rese-arch team.QUESTIONS & APPLICATION:Thomas Kraft, Head of Molecular Research

Syngenta Seed ABBox 302, SE-26123 Landskrona, Sweden,cell phone +46 734 437279e-mail thomas.kraft@syngenta.comDeadline for applications: October 26, 2007

Das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kultur-pflanzenforschung (IPK) Gatersleben ist eine gem-einnützige Forschungseinrichtung mit über 450 Be-schäftigten in der Rechtsform einer Stiftung des öffent-lichen Rechts.Im Rahmen eines BMBF-geförderten Projektes ist in derArbeitsgruppe Genomplastizität ab sofort die Stelleeines/einer

prom. Wissenschaftlichen Mitarbeiters/-in(TV-L E 13) (Stellennummer 43/09/07)für die Dauer von 3 Jahren zu besetzen.Das Aufgabengebiet umfasst vergleichende Untersu-

chungen zum Merkmal Ölgehalt in Arabidopsis undRaps. Die Arbeiten beinhalten vergleichende QTL-Analy-sen in diesen Arten, die Analyse von Expressions-QTL inArabidopsis mittels Affymetrix-Arrays sowie Untersu-chungen zur allelen Diversität in Raps.Wir erwarten exzellente Kenntnisse in molekularbiologi-schen und genetischen Arbeiten. Expertise auf demGebiet der Bioinformatik ist erwünscht. Für weitereInformationen kontaktieren Sie Dr. Renate Schmidt unterschmidtr@ipk-gatersleben.de.Qualifizierte Frauen werden besonders aufgefordert,sich zu bewerben.Bitte richten Sie Ihre Bewerbungenunter Angabe der o. g. Stellennummer bis zum15.10.2007 an das:

Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Personalwesen, Corrensstraße 3, 06466 Gatersleben Telefon: 039482-5327, Telefax: 039482-5286Homepage: http://www.ipk-gatersleben.deGatersleben, den 7. September 2007

Am Institut für Technische Mikrobiologie der TU Ham-burg-Harburg ist voraussichtlich ab 01.11.2007 die Stel-le eines

wissenschaftlichen Mitarbeiters(PostDoc)(TV-L13)

zu besetzen.Die Stelle beinhaltet im Verbund mit anderen Projektenim Rahmen des BMBF geförderten Projektes "Biokata-lyse2021" (www.biokatalyse2021.de) das Screeningnach neuartigen, biokatalytisch relevanten Enzymen.Hierfür sollen Genbanken (Phagemide, Cosmide) ausextremophilen Organismen des Instituts für TechnischeMikrobiologie sowie Metagenombanken aus Umwelt-proben extremer Standorte (Temperatur, pH, Druck, Salz-gehalt) erstellt werden und nach den gesuchten Akti-vitäten durchmustert werden. Vorrangige Zielenzymesind zum einen hydrolytische Enzyme sowie neuartigeOxidasen. Hierfür sollen neue Enzymassays entwickeltwerden, die dann mikrotiterplattenbasiert in einemautomatischen Pipettiersystem zum Einsatz kommen, sodaß die erstellten Genbanken robotergestützt durchmu-stert werden können.Qualifikation: Promotion in einer molekularbiologi-schen Fachrichtung, fundierte Kenntnisse in den Berei-chen Genbankerstellung und enzymatische Aktivitäts-tests, wünscheswert, jedoch nicht Voraussetzung, sindKenntnisse im Umgang mit extremophilen Mikroorga-nismen sowie automatisierten LaborsystemenDie Stelle ist zunächst befristet auf zwei Jahre.Für nähere Auskünfte steht Ihnen Herr Dr. Ralf Grote (grote@tuhh.de) zur Verfügung.Ihre vollständigen Bewerbungsunterlagen senden Sie

Science Digest

GenomXPress 3/07

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bitte baldmöglichst oder bis zum 15.10.2007 unterAngabe des Stichwortes "PostDoc Screening"angrote@tuhh.de.

Dr. Ralf GroteTU Hamburg-HarburgInstitut für Technische Mikrobiologie (V-7)Kasernenstraße 12, 21073 Hamburg.

Am Institut für Technische Mikrobiologie der TU Ham-burg-Harburg ist voraussichtlich ab 01.11.2007 die Stel-le eines

wissenschaftlichen Mitarbeiters(PostDoc)(TV-L13)

zu besetzen.Im Rahmen des BMBF geförderten Projektes "Biokata-lyse2021" (www.biokatalyse2021.de) werden neuarti-ge Enzyme für biokatalytische Anwendungen isoliertund charakterisiert. Die neu entdeckten Enzyme sollensowohl heterolog überexprimiert als auch nativ ausWildtypstämmen isoliert werden und hierfür im Rahmendieser Stelle durch Fermentation der Mikroorganismenzur Verfügung gestellt werden. Zu den Aufgabengehören die Durchführung von Batch-, Fed-Batch- undDialysefermentationen vom Labor- bis zum Technikums-smaßstab (2 L bis 300 L), die Optimierung der jeweili-gen Fermentationen (Temperatur, pH, Rührerdrehzahl,Begasung, Fütterung, Induktionszeitpunkt) und damitdie Herstellung der Biokatalysatoren. Ferner gehörendazu die Aufarbeitung der Fermentationsprodukte durchZentrifugation und/oder Cross-Flow-Filtration. Zudemsoll Unterstützung bei der anschließenden Proteinreini-gung geleistet werden, wobei die Biokatalysatoren mit-tels FPLC oder HPLC gereinigt werdeb sollen.Qualifikation: Promotion in Mikrobiologie, Biotechno-logie oder einer ähnlichen Fachrichtung, fundierteKenntnisse in den Bereichen Fermentation und Protein-reinigung.Die Stelle ist zunächst befristet auf zwei Jahre.Für nähere Auskünfte steht Ihnen Herr Dr. Ralf Grote (grote@tuhh.de) zur Verfügung.Ihre Bewerbungsunterlagen senden Sie bitte baldmög-lichst oder bis zum 15.10.2007 unter Angabe des Stich-wortes "PostDoc Fermentation"an:

Dr. Ralf GroteTU Hamburg-HarburgInstitut für Technische Mikrobiologie (V-7)Kasernenstraße 12, 21073 Hamburg.

Am Institut für Technische Mikrobiologie der TU Ham-burg-Harburg ist voraussichtlich ab 01.11.2007 die Stel-le eines

wissenschaftlichen Mitarbeiters(PostDoc)(TV-L13)

zu besetzen.Im Rahmen des BMBF geförderten Projektes "Biokata-lyse2021" (www.biokatalyse2021.de) werden im Ver-bund mit anderen Partnern neuartige Biokatalysatorengesucht. Hierzu werden neuartige Screeningverfahrenentwickelt sowie die neuen Biokatalysatoren fermenta-tiv im Maßstab von 2 bis 300 L produziert. Die Aufgabedes Bewerbers/der Bewerberin liegt in der Reinigungund Charakterisierung der neuartigen Biokatalysatoren.Hierzu sollen neue Versuchsprotokolle zur chromatogra-phischen Reinigung mittels ÄKTA FPLC oder HPLC-Systemen entwickelt werden und anschließend die Rei-nigung neuer Biokatalysatoren (nativ oder als rekom-binante Proteine) aus Zellen oder Kulturüberständen imanalytischen und präparativen Maßstab durchgeführtwerden. Hierbei wird eng mit dem Projektbereich "Fer-mentation" zusammengearbeitet. Des Weiteren sollendie neu isolierten Proteine ausgiebig biochemisch cha-rakterisiert werden, wofür neben gängigen Enzymassaysneuartige Tests entwickelt werden sollen. Es stehensowohl photometrische Methoden als auch GC- undHPLC-Analysemöglichkeiten zur Verfügung.Qualifikation: Promotion in Biochemie oder einer ähn-lichen Fachrichtung, fundierte Kenntnisse in den Berei-chen Proteinreinigung (HPLC/FPLC), Proteinanalytik,Enzymcharakterisierung und AssayentwicklungDie Stelle ist zunächst befristet auf zwei Jahre.Für nähere Auskünfte steht Ihnen Herr Dr. Ralf Grote(grote@tuhh.de) zur Verfügung.Ihre Bewerbungsunterlagen senden Sie bitte baldmög-lichst oder bis zum 15.10.2007 unter Angabe des Stich-wortes "PostDoc Proteinreinigung"an:

Dr. Ralf GroteTU Hamburg-HarburgInstitut für Technische Mikrobiologie (V-7)Kasernenstraße 12, 21073 Hamburg.

Am Institut für Technische Mikrobiologie der TU Ham-burg-Harburg sind voraussichtlich ab 01.11.2007 zweiauf drei Jahre befristete

Doktorandenstellen(TV-L13/2)zum Thema "Oxidoreduktasen aus extremophilen Mi-kroorganismen" zu besetzten.Im Rahmen des Projektes soll das bislang wenigerforschte Potenzial von Oxidoreduktasen aus extremo-philen Mikroorganismen untersucht werden. Extremo-phile und insbesondere thermophile Mikroorganismensollen auf Oxidoreduktase-Aktivität hin untersucht wer-den. Genbanken aus diesen Organismen werden imHochdurchsatzscreening (Plattenassays/robotergestütz-tes Mikrotiterplattenscreening) nach neuen Klonendurchmustert.Für nähere Auskünfte steht Ihnen Herr Dr. Ralf Grote(grote@tuhh.de) zur Verfügung.Qualifikation: Diplom oder MSc in Biologie, Mikrobio-logie oder Biochemie.Ihre Bewerbungsunterlagen senden Sie bitte baldmög-lichst oder bis zum 15.10.2007 an grote@tuhh.de.

Dr. Ralf GroteTU Hamburg-HarburgInstitut für Technische Mikrobiologie (V-7)Kasernenstraße 12, 21073 Hamburg.

Im Rahmen eines trilateralen EU-ERA-PG Projektes mitPartnern aus Gif sur Yvette, Frankreich, Malaga, Spani-en, und Stuttgart, Deutschland, zum Thema “Inter-national reference center for the genomics and diagno-sis of viruses with small circular DNA”sind ab sofort aufdrei Jahre befristet folgende Stellen zu besetzen:

2x Doktorand(-in) (E13/2, vormals BAT IIa/2)

Im Projekt sollen Verfahren zur einfachen und verlässli-chen Diagnose von DNA-haltigen Pflanzenviren auf derBasis der „Rolling-Circle-Amplification (RCA)“ ent-wickelt werden. Ziel ist die von bakteriellem Klonierenunabhängige Sequenzierung der Genome, die Entwick-lung von Biochips für Geminiviren sowie die Nutzungder Technik, um die Genomik der Wechselwirkung vonGeminiviren mit Wirtspflanzen zu erweitern.Bewerber und Bewerberinnen mit einschlägigen Vor-kenntnissen der Molekularbiologie, Biochemie oder ver-gleichbaren Disziplinen können ihre Unterlagen mög-lichst elektronisch bis zum 15. Oktober 2007

an folgende Adresse senden:Universität StuttgartBiologisches InstitutAbt. für Molekularbiologieund Virologie der PflanzenProf. Dr. Holger JeskePfaffenwaldring 57, D-70550 StuttgartTel.: (0711) - 685-65070, Fax.:(0711) - 685-65096e-mail: holger.jeske@bio.uni-stuttgart.de

Jobbörse 47

Weitere Informationen über unsere Arbeiten finden Sieunter: http://www.uni-stuttgart.de/bio/bioinst/molbio/Frauen werden ausdrücklich zur Bewerbung aufgefor-dert. Schwerbehinderte werden bei gleicher Eignungvorrangig eingestellt. Die Einstellung erfolgt durch dieZentrale Verwaltung (Rektoramt).

Call for two Post-doc positions(08 September 2007)

The Koncz group at Department of Plant DevelopmentalBiology (Director: Prof. George Coupland) of the Max-Planck Institute for Plant Breeding Research is searchingfor applicants to two post-doctoral positions:One of the open positions is dedicated in frame of a DFGSFB635 project to research on molecular genetic, func-tional and proteomics analysis of PRL1-CDC5-PRP19(NTC) spliceosome-activator complex, focusing on post-translational regulation of stability and phosphorylationof PRL1 and CDC5, respectively. This BATIIa post-docto-ral position is open from 01. January 2008 for 2-3 yearsand is also convertible to 2 PhD positions. Therefore, theapplication of post-docs candidates with training inmolecular genetic and proteomics technologies, as wellas both PhD students, is encouraged.The second position for a post-doctoral fellow with Max-Planck stipendium is also open from 01. January 2008and dedicated to the molecular analysis of splicing con-trol by the PRL1-CDC5 NTC complex using model stu-dies in the flowering time regulatory pathways. Theapplicants are requested to present a letter describingtheir scientific background, motivation and special inte-rest concerning the projects, copies of their PhD/Mscand university documents (including a summary or pdfof the PhD/Msc thesis) and at least two recommendati-on letters. The applicants will need to present their pastproject results at a local interview upon invitation inDecember. The applications should be addressed to

Prof. Csaba KonczMax-Planck Institut für ZüchtungsforschungD-50829 Köln, Carl-von-Linne-Weg 10, Germany E-mail: koncz@mpiz-koeln.mpg.de Application deadline: 15 November, 2007.

Postdoctoral Scientist in Statistical Genomics:Prediction of Heterosis

The professorial chair of Applied Genetics and Plant Bre-eding of the University of Hohenheim in Stuttgart, Ger-many has built an internationally recognized scientificprogram with significant extramural funding. Areas ofstrength include classical plant breeding theory, maize

breeding, quantitative genetics, statistical genetics, sta-tistical genomics, simulation in genetics and plant bre-eding, and breeding informatics.We invite applications for a postdoctoral research scien-tist who will develop and apply transcriptome-andmetabolome-based prediction methods for heterosis inexperimental hybrids of maize. The goal of this project isto develop genome-, metabolome-, and transcriptome-based methods to complement or replace the GCA-based selection of parenal components for hybrid varie-ties in applied plant breeding programs. The project hasbeen ongoing for four years, and the research scientistwill be able to build on our development of methods andsoftware for molecular marker-based prediction ofheterosis. In preparation for the present funding period,field trials were conducted with experimental hybrids ofmaize and molecular marker data were collected fromtheir parental inbreds. The research scientist will be wor-king in close collaboration with a plant molecular biolo-gist, who is responsible for transcriptome profiling andthe plant breeders, bioinformaticians, and quantitativegeneticists of our working group. The project is fundedby the DFG (German Resarch Foundation) within the pri-ority program ``Heterosis in plants''.Applicants should have a Ph.D. in agronomy, statistics,quantitative & statistical genetics, biostatistics, bioin-formatics or related fields, or equivalent experience;knowledge of genetics and biology; experience in QTLmapping and/or analysis of microarray expression expe-riments; familiarity with SAS Proc Mixed, ASReml, R,and/or C; evidence of publishing research results inpeer-reviewed journals; demonstrated creativity, inde-pendence, high motivation, and good communicationskills; and have strong work habits and the ability towork independently as well as with other members ofthe research group.

Interested candidates should submit a letter of interestand CV toDr. M. Frisch (frisch@uni-hohenheim.de) orProf. Dr. A.E. Melchinger (melchinger@uni-hohenheim.de)

Postdoctoral Scientist in Statistical Genomics:Multi-stage selection with full integrationof genomic and phenotypic data

The professorial chair of Applied Genetics and Plant Bre-eding of the University of Hohenheim in Stuttgart, Ger-many has built an internationally recognized scientificprogram with significant extramural funding. Areas ofstrength include classical plant breeding theory, maizebreeding, quantitative genetics, statistical genetics, sta-tistical genomics, simulation in genetics and plant bre-eding, and breeding informatics.We invite applications for a postdoctoral research scien-tist who will optimize multi-stage selection and plan-ning of breeding programs with full integration of geno-mic and phenotypic data. The goals of the project are to:

(1) Develop numerical tools for calculating the selectiongain in complex traits under multi-stage selection usinggenomic and/or phenotypic data on the test candidates.(2) Use this instrument for planning of entire breedingprograms (e.g., to determine the no. of crosses, lines percross, etc.) and optimum allocation of resources (e.g.,marker data vs. field plots, etc.). (3) Analyze genomicand phenotypic data from experiments conducted byindustry partners for estimation of relevant parametersand assess costs of all breeding operations required foroptimization of breeding program in different crops. (4)Devise strategies and identify promising areas for intel-ligent use of genomic data as selection criteria in plantbreeding programs. (5) Implement the developed soft-ware in the PLABSOFT environment.The research scientist will be working in close collabo-ration with five other postdocs working on the ``GABI-GAIN'' project, and the plant breeders, bioinformatici-ans, and quantitative geneticists of our working group.The project is funded by the BMBF (German FederalMinistry of Education, Research and Technology) withinthe German plant genome program ``GABI''.Applicants should have a Ph.D. in agronomy, statistics,quantitative & statistical genetics, biostatistics, bioin-formatics or related fields, or equivalent experience;sound knowledge of selection theory; familiarity withMaple, Matlab, R, and/or C; evidence of publishing rese-arch results in peer-reviewed journals; demonstratedcreativity, independence, high motivation, and goodcommunication skills; and have strong work habits andthe ability to work independently as well as with othermembers of the research group.

Interested candidates should submit a letter of interestand CV toDr. M. Frisch (frisch@uni-hohenheim.de) orProf. Dr. A.E. Melchinger (melchinger@uni-hohenheim.de)

ImpressumGenomXPress Nr. 3/07 · September 2007Newsletter von GABI, NGFN, GenoMik und FUGATO mit Informationen aus der deutschen Genomforschung.

Der GenomXPress erscheint im März, Juni,September und Dezember. Redaktionsschluss für die nächste Ausgabe ist der 9.11. 2007.

HerausgeberDie wissenschaftliche Koordinierungsstelle des deutschen Pflanzengenomprogramms (GABI)Das Projektkomitee des Nationalen Genomforschungsnetzes (NGFN)Die wissenschaftlichen Koordinierungsstellen des Genomprogramms Genomforschung an Mikroorganismen (GenoMik-Plus)Das Sekretariat des Genomprogramms zur funktionellen Genomanalyse im tierischen Organismus (FUGATO)

Der Inhalt von namentlich gezeichneten Artikeln liegt in Verantwortung des jeweiligen Autors.Der Inhalt des GenomXPress ist auch über die Internetseiten der Programme GABI, NGFN, GenoMik und FUGATO(www.gabi.de · www.ngfn.de · www.genomik-plus.dewww.fugato-forschung.de) abrufbar.

ISSN 1617-562X Dieser Newsletter wird aus Mitteln des BMBF gefördert.Layout & Satz: Dirk Biermann, biermann@potsdam.deDruck: sd:k Satz & Druck, Teltow

RedaktionDr. Jens Freitag · Matthias ArltGABI Geschäftsstellec/o Max-Planck-Institut für Molekulare PflanzenphysiologieAm Mühlenberg 1 · 14476 GolmTel 0331-567-8301 · Fax 0331-56789-8301freitag@mpimp-golm.mpg.de

Helga Frankenstein · Dr. Markus AlbertiniProjektmanagement NGFNHeinrich-Konen-Straße 1 · 53227 BonnTel 0228-3821-331 · Fax 0228-3821-332pm-ngfn@dlr.de

Dr. Werner Selbitschka (GenoMik Bielefeld)Dr. Dietrich Trzeciok (BiotechGenoMik Göttingen)Dr. Petra Ehrenreich (BiotechGenoMik Göttingen)Dr. Gabriele Gerlach (PathoGenoMik Würzburg)Universität BielefeldPostfach 100131 · 33501 BielefeldTel 0521-1065604 · Fax 0521-1065626werner.selbitschka@genetik.uni-bielefeld.de

Dr. Sibylle GädeFUGATO-SekretariatAdenauerallee 174 · 53113 BonnTel 0228-91447-54 · Fax 0228-2234-97sgaede@fugato-sekretariat.de

Genomanalyseim biologischen System Pflanze

gefördert durch:

Genomforschung anMikroorganismen

Nationales Genomforschungsnetz

Funktionelle Genomanalyseim tierischen Organismus

www.genomxpress.de