Der Extrakt aus dem Prostatakrebs-Forum von KISP und BPS

DNA-Computer gegen Krebs

fipskpv(?) schrieb am 30.4.2004 unter dem Betreff "Interessante NEWS Meldung bei Heise" im BPS-Forum:

DNA-Computer gegen Krebs

Israelische Forscher haben einen DNA-Computer [1] realisiert, der zwei gefährliche Krankheiten bekämpfen könnte [2]: den Krebs in der Lunge und das Prostatakarzinom. Die Gruppe um Yaakov Benenson [3], die bereits seit längerem auf diesem Gebiet forscht [4], stellt ihre Arbeit in Nature [5] vor (Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor, Rivka Adar, Ehud Shapiro. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression). Bislang haben die Wissenschaftler allerdings nur einen "proof of concept" im Reagenzglas gezeigt unter Bedingungen, die nicht denen im Körper entsprechen.

Bei der Entwicklung des Computers nutzen die Forscher das Wissen, dass bei jeder der beiden Erkrankungen bestimmte Gene verändert benutzt werden. Daher entsteht aus einem DNA-Abschnitt – dem Gen – mehr oder weniger des entsprechenden Genproduktes. Indem der DNA-Computer diese Konzentrationsänderung feststellt, kann er mit hoher Wahrscheinlichkeit die Erkrankung erkennen – und anschließend entsprechend handeln: Er produziert selbstständig DNA-Moleküle, die die Krebszellen vernichten.

Jeder Computer besteht aus drei Modulen: Die Input-Unit wird von Boten-RNA gesteuert – einem Genprodukt, dessen veränderte Konzentration auf eine Krebserkrankung hinweist. Die Recheneinheit des Computers wird von einem molekularen Automaten repräsentiert, der zwei Zustände annehmen kann: positiv und negativ. Die Rechnung beginnt im positiven Zustand und endet in ihm, falls das Ergebnis positiv ist. Dies heißt, dass eine Krebserkrankung höchstwahrscheinlich ist. Andernfalls ist die Diagnose negativ.

Die Recheneinheit hat eine Besonderheit: Sie ist stochastisch. Das bedeutet, dass die Entscheidung, welchen Zustand der Automat als nächsten annehmen wird, von Wahrscheinlichkeiten abhängt. Diese Wahrscheinlichkeiten werden durch die Konzentrationen der verschiedenen Boten-RNAs bestimmt. Ist viel Boten-RNA vorhanden, neigt der Automat zumeist dazu, in den nächsten positiven Zustand zu wechseln. Ist die Konzentration der Boten-RNA dagegen gering, ist das Ganze genau umgekehrt.

Das Ausgabemodul ist in der Lage, ein kurzes DNA-Molekül – das Arzneimittel – freizusetzen. Eingabe, Ausgabe und Programm des Computers werden von DNA-Molekülen repräsentiert. Ihre wichtigsten Bausteine sind vier unterschiedliche Basen, mit deren Folge jede beliebige Information kodiert werden kann. Die von Benenson formierten DNA-Moleküle beginnen mit einem Abschnitt, der der Diagnostik dient: Die auf eine Krankheit hinweisenden Konzentrationsänderungen von Boten-RNA werden durch bestimmte Folgen von DNA-Basen kodiert. Schritt für Schritt kann der Automat so überprüfen, ob eine Boten-RNA in normaler Menge vorhanden ist. Anschließend gelangt er zum anderen Ende der DNA. Sind alle Konzentrationen verändert und ist somit eine Krebserkrankung höchstwahrscheinlich, wird dort eine einzelsträngige DNA-Schleife abgespalten. Sie ist das Arzneimittel, das die Krebserkrankung bekämpft.

Diese Therapie verspricht eine hohe Wirksamkeit. Denn die zahlreichen Untereinheiten des DNA-Computers – es sind über eine Billion pro Mikroliter – arbeiten parallel und unabhängig voneinander. Da der Computer-Entwurf höchst flexibel ist, kann er auch bei anderen Erkrankungen eingesetzt werden. So ist jedes ausreichend lange RNA-Molekül in der Lage, die Input-Unit zu steuern, und jedes einzelsträngige DNA-Molekül, das mindestens 21 Basen enthält, kann als Arzneimittel dienen.

Aber die Wissenschaftler denken noch weiter. Sie weisen daraufhin, dass ihre Methode im Prinzip jede beliebige Genexpression, das heißt Benutzung von Genen, kontrollieren kann. Damit könnte sie eine hohe Bedeutung in der gesamten medizinischen Diagnostik und Therapie erlangen. (Claudia Borchard-Tuch) /