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10.11.2008

Gene mit Licht gezielt abschalten


Will man die Funktion einzelner Gene verstehen, ist es am einfachsten, sie im lebenden Organismus abzuschalten. Das ist mithilfe der RNA-Interferenz möglich, ein Verfahren, für dessen Entdeckung 2006 der Medizin-Nobelpreis vergeben wurde. Alexander Heckel, seit 2007 Professor für Chemische Biologie und Medizinische Chemie an der Goethe-Universität, nutzt dieses Verfahren nun, um biologische Prozesse in der Zelle zeit- und ortsaufgelöst mit Licht zu regulieren. Dazu schleust er durch Licht aktivierbare Nukleinsäuren in lebende Zellen ein. Heckels Forschung wird jetzt mit dem begehrten Dozentenstipendium des Verbands der Chemischen Industrie (VCI) gefördert. Die Stiftung Stipendienfonds des VCI verleiht dieses Stipendium an besonders herausragende Nachwuchswissenschaftler.

Die grundlegende Idee der Photochemie in lebenden Zellen besteht darin, Nukleinsäuren mit einer lichtempfindlichen Gruppe zu modifizieren. Im Falle der RNA-Interferenz ist dies ein siRNA-Strang, der von außen in die Zelle eingeführt wird und die Wirkung einer Zeitbombe hat. Solange er mit der lichtempfindlichen Gruppe modifiziert ist, greift er nicht in das Geschehen der Zelle ein. Bestrahlt man die Zelle aber mit Licht, zerfällt die lichtempfindlich Gruppe und die siRNA wird aktiv: Sie zerhackt die Messenger-RNA (mRNA), die den Bauplan für die Proteine der Zelle trägt. Auf diese Weise kann man die Funktion bestimmter Gene erkennen, die für diese Proteine codieren. Auch Proteinfunktionen lassen sich mit einer Variation des vielseitig einsetzbaren Verfahrens studieren. Dank der gut etablierten Laser- und Mikroskoptechnik kann man die Orte in der Zelle gezielt ansteuern und auch zeitlich präzise Aktivierungen vornehmen.

In seinem zweiten Arbeitsgebiet, der DNA-Nano-Architektur, sucht Heckel nach Möglichkeiten, das in seiner Sekundärstruktur fadenförmige Erbmolekül zu dreidimensionalen Gebilden zu verknüpfen. Da die Miniaturisierung in der Elektronik mit herkömmlichen fotochemischen Ätzverfahren zunehmend an ihre Grenzen stößt, verfolgen immer mehr Wissenschaftler den Ansatz, Nano-Strukturen von der Molekülebene her aufzubauen. Beispielsweise könnte man mit Heckels Verfahren DNA-Ringe zu Miniatur-Röhren übereinander stapeln, indem man sie mit sequenzspezifischen DNA-bindenden Polyamiden verknüpft.

"Seit meiner Schulzeit habe ich fast alle Förderungen des Fonds bekommen", freut sich Heckel, der bereits die Schüler-Infoblätter des Fonds studierte und daraus als Elfjähriger lernte, dass die Muskatnuss in größeren Dosen tödlich wirkt. Zum Abitur erhielt er einen Buchpreis, und seine Dissertation an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich wurde durch ein Kekulé-Stipendium gefördert. Während seiner Habilitation unterstützte ihn der Fonds des VCI durch ein Liebig Stipendium und Sachzuwendungen. Bereits im September 2008 würdigte die Schweizerische Chemische Gesellschaft Heckels photochemische Arbeiten mit dem Grammaticakis-Neumann-Preis.

Alexander Heckel studierte Chemie an der heutigen Elite-Universität Konstanz und fertigte seine Diplomarbeit unter Anleitung von Prof. Richard R. Schmidt an. Nach seiner Dissertation an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich bei Prof. Dieter Seebach ging er als Postdoktorand an das California Institute of Technology zu Prof. Peter B. Dervan. Von 2003 bis 2007 baute er als Emmy-Noether Stipendiat der Deutschen Forschungsgemeinschaft eine Forschergruppe an der Universität Bonn auf. Hier arbeitete er im Umkreis von Prof. Michael Famulok. An der Goethe-Universität ist Alexander Heckel Principal Investigator im Exzellenz-Cluster Makromolekulare Komplexe.

In seiner Freizeit arbeitet Alexander Heckel seit 17 Jahren ehrenamtlich für das Deutsche Rote Kreuz im Regelrettungsdienst. Er ist Rettungsassistent, Taucher im Rettungsdienst und Zugführer im Wasserrettungszug.

Quelle: idw/Universität Frankfurt am Main




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