Beatrix Süß: Der RNA-Schalter, der Gene per Antibiotikum steuert

Ein Forschungsteam mit internationaler Beteiligung unter der Leitung von TU-Professorin Beatrix Süß hat den künstlichen RNA-Schalter G12 entwickelt und dessen Wirkmechanismus entschlüsselt. Der Schalter erkennt das Antibiotikum Doxycyclin und kann damit gezielt Gene an- oder abschalten. Die Ergebnisse sind im Fachjournal Nature Communications erschienen.

Der Wirkstoff Doxycyclin kommt bereits seit vielen Jahrzehnten bei bakteriellen Infekten zum Einsatz, gilt als gut verträglich und dringt problemlos in Zellen ein. Genau diese Eigenschaften machen den Wirkstoff für die Forschung um Süß interessant: Er lässt sich als molekularer Auslöser nutzen, ohne dass Zellen stark belastet werden.

Wie der RNA-Schalter funktioniert

G12 gehört zur Familie der sogenannten Riboswitches. Solche RNA-Abschnitte kommen seit Jahrmilliarden vor allem in Bakterien und Mikroorganismen vor und reagieren auf bestimmte Moleküle, indem sie ihre Struktur verändern. Das Team um Süß hat diese Fähigkeit künstlich nachgebaut und auf Doxycyclin zugeschnitten.

Besonders bemerkenswert: G12 ist klein und arbeitet laut dem Forschungsteam zuverlässig sowohl in Hefezellen als auch in menschlichen Zellen. Das unterscheidet den Schalter von vielen früheren Systemen, die oft nur in einem Zelltyp funktionierten.

Der Weg von Tetracyclin zu Doxycyclin

Die Grundlage für diese Arbeit legte Beatrix Süß bereits im Jahr 2003: Damals zeigte sie mit Kollegen, dass sich sogenannte Aptamere auf das Antibiotikum Tetracyclin anwenden lassen. Mit dieser Arbeit schuf sie damals ein Fundament, auf dem zahlreiche spätere Entwicklungen synthetischer RNA-Schalter aufbauen konnten.

Der neue G12-Schalter mit Doxycyclin als Auslöser wirkt nach Einschätzung des Teams wirkungsvoller als der frühere Tetracyclin-basierte Schalter. Damit baut die aktuelle Entdeckung direkt auf der mehr als zwei Jahrzehnte alten Grundlagenarbeit auf und bringt sie einen entscheidenden Schritt weiter.

Was als Nächstes erforscht wird

Aktuell widmet sich das Forschungsteam der Aufklärung der dreidimensionalen Struktur von G12, um besser zu verstehen, wie der Schalter im Detail arbeitet. Gleichzeitig verfolgt die Gruppe das Ziel, G12 so weiterzuentwickeln, dass er sich für vielfältigere Einsatzgebiete in der Synthetischen Biologie eignet.

• Eine geplante Anwendung ist die kontrollierte Expression ausgewählter Gene in Pflanzen.
• G12 könnte mit selbstspaltenden RNA-Enzymen kombiniert werden, um die Herstellung von mRNA zu steuern.
• Langfristig könnte das Prinzip eine Kontroll- und Sicherheitsebene für mRNA-basierte Medikamente und Gentherapien bieten.
• Eine RNA-basierte Notbremse könnte die Produktion eines therapeutischen Proteins drosseln oder stoppen, falls unerwünschte Effekte auftreten.

Was das für Medizin und Forschung bedeuten könnte

Sollte sich das Prinzip bewähren, könnten RNA-Schalter wie G12 künftig eine Art Sicherheitsventil für neuartige Therapien bilden.

Gerade bei mRNA-basierten Medikamenten und Gentherapien, bei denen die Dosierung im Körper schwer zu steuern ist, wäre ein molekularer Schalter mit einem bereits zugelassenen Wirkstoff als Auslöser ein praktischer Ansatz. Das Team um Beatrix Süß treibt die Weiterentwicklung von G12 an der TU Darmstadt derzeit weiter voran.