Ein Rohdiamant: Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2022 mit PCR-Technologie

Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2022 wurde bekannt gegeben und ehrt den Wissenschaftler Svante Pääbo „für seine Entdeckungen im ausgestorbenen alten menschlichen Genom und in der menschlichen Evolution“, bei denen die molekularbiologische Polymerasekettenreaktion (PCR) eine Schlüsselrolle spielt.

Abbildung 1 Der Wissenschaftler Svante Pääbo gewann 2022 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin

Der Evolutionsgenetiker Svante Pääbo nutzte die Molekularbiologie, um prähistorische Menschen und andere Paläontologien zu untersuchen. Er kartierte nicht nur das Genom von Neandertalern – einem nahen Verwandten des Menschen –, sondern steuerte auch wertvolle Methoden und Techniken zur Paläoanthropologie bei, beispielsweise durch die Eröffnung des von ihm gegründeten Ancient DNA Lab ein neues Fachgebiet: Paläogenetik.

Im Laufe der Zeit unterliegt die DNA chemischen Veränderungen und zerfällt in kurze Fragmente.Tausende Jahre später sind nur noch Spuren davon übrig, der Rest ist stark mit Bakterien und heutiger menschlicher DNA kontaminiert.1987 forschte Pääbo als Postdoktorand an der University of California-Berkeley.Zu dieser Zeit war die Verwendung von PCR zur Amplifikation spezifischer DNA-Fragmente unorthodox.Mit Hilfe der PCR-Technologie extrahierte Pääbo DNA aus verbleibenden Eselproben in Wilsons Labor und analysierte sie.Die resultierende Sequenzierung ergab ähnliche Ergebnisse wie die 1985 veröffentlichten. Dies bedeutet, dass die Sequenzierung alter DNA nicht nur effizienter durchgeführt werden kann, sondern die Ergebnisse auch wiederholt überprüft werden können.

Abbildung 2 DNA befindet sich in zwei Regionen einer Zelle.Die Kern-DNA bewahrt den Großteil der genetischen Informationen, während kleinere mitochondriale Genome Tausende von Kopien enthalten.Nach dem Tod zerfällt die DNA und hinterlässt schließlich winzige Mengen.Es kann auch mit Bakterien und anderer DNA kontaminiert sein.

Neandertaler-Genomsequenzierung

Im Jahr 1990 beschäftigte sich Pääbo mit der Analyse der DNA-Mitochondrien von Neandertalern.Das mitochondriale Genom ist klein und enthält nur einen Bruchteil der genetischen Informationen, liegt aber in Tausenden von Kopien vor, was die Erfolgsaussichten erhöht.Pääbo sequenzierte erfolgreich eine Region mitochondrialer DNA in einem 40.000 Jahre alten Knochen, um die Sequenz dieses ausgestorbenen Verwandten zu erhalten.

Seitdem hat Pääbo am Max-Planck-Institut die Methoden zur Isolierung und Analyse von DNA aus alten Knochenresten stetig verfeinert und mehrere wichtige Mitarbeiter mit Fachkenntnissen in Populationsgenetik und fortgeschrittener Sequenzanalyse eingestellt.Im Jahr 2010 veröffentlichte Pääbo die erste Neandertaler-Genomsequenz, die den jüngsten gemeinsamen Vorfahren der Neandertaler zeigteHomo sapienslebte vor etwa 800.000 Jahren.

Abbildung 3 Links: Ein Fingerknochenfragment eines Neandertalers in Deutschland;und ein Fingerknochenfragment aus der Denisova-Höhle in Südsibirien.Rechts: Phylogenetischer Stammbaum der Evolution zwischenHomo sapiensund ausgestorbene Homininen.

Eine vergleichende Analyse von Pääbo ergab, dass die DNA-Sequenzen der Neandertaler denen von Zeitgenossen aus Europa oder Asien ähnlicher waren als denen aus Afrika.Das bedeutet Neandertaler undHomo sapiensdurch jahrtausendelange Koexistenz miteinander gekreuzt.Bei modernen Menschen mit europäischer oder asiatischer Abstammung stammen etwa 1 bis 4 % des Genoms von Neandertalern.

Einführung in die PCR

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurde 1985 vom amerikanischen Biochemiker Kary Mullis und Kollegen erfunden.Diese Technik beinhaltetin vitroenzymatische Amplifikation spezifischer DNA-Fragmente.Die daraus resultierende breite Anwendung der PCR-Technologie förderte die Entwicklung verschiedener Bereiche der Molekularbiologie erheblich.1993 erhielten die Erfinder gemeinsam den Nobelpreis für Chemie.

Die PCR hat eine unerschütterliche Grundstellung in der modernen molekularbiologischen Analyse und Genetik.Zusammen mit dem Klonen und der DNA-Sequenzanalyse bildet es eine Grundlage fast der gesamten Molekularbiologie.In der modernen Biotechnologie umfassen ihre Anwendungsbereiche alle Aspekte, einschließlich Landwirtschaft, Medizin, Recht, Lebensmittelwissenschaft usw.

HymonBio beschäftigt sich intensiv mit der Entwicklung und Anwendung der PCR-Technologie.Das Unternehmen verfügt über eine Reihe patentierter Technologien, die schnelle und effiziente Gentests für die klinische Praxis ermöglichen.Die Produktpalette umfasst die Früherkennung von Krebs, Infektionskrankheiten und anderen Krankheiten.