Molekularbiologie

Molekularbiologie: Eine Schlüsselwissenschaft

Replikation, Transkription, Translation: Es ist das zentrale Dogma der Molekularbiologie und umschreibt in nur drei Worten, wie Aussehen, Funktion und Verhalten jedes Lebewesens, das wir kennen, von nur vier Buchstaben gesteuert werden: ATCG. Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin - die vier Basen unserer DNA. Es gilt ubiquitär, vom einfachsten Bakterium bis zu komplexen Organismen wie dem Menschen selbst.

Die Molekularbiologie beschäftigt sich nicht allein mit der Funktion von DNA, RNA oder der Proteinbiosynthese. Sie trägt entscheidend zur Aufklärung physiologischer und pathophysiologischer Prozesse bei und ermöglicht es uns, diese erstmals gezielt zu verändern. Von der ersten biotechnologischen Herstellung von humanem Insulin in den 1980er Jahren über moderne Immun- und Präzisionstherapien in der Onkologie bis hin zu Gentherapien, die schwere angeborene Erkrankungen heilen oder deutlich verzögern können – ohne molekularbiologische Erkenntnisse und Techniken undenkbar.

Beste Ergebnisse brauchen beste Voraussetzungen

Molekularbiologische Techniken haben sich in den letzten Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt. Sie sind durch neue instrumentelle Möglichkeiten, Materialien, Kits und Co. nicht nur anwendungsfreundlicher und schneller geworden, sondern auch immer spezifischer und sensitiver, z. B. mit Blick auf die RNA- und DNA-Analytik. Geringste Nachweisgrenzen bedeuten aber gleichzeitig, dass auch kleinste Kontaminationen Ihre Ergebnisse verfälschen können.

Techniken und Anwendungen in der Molekularbiologie

Polymerasekettenreaktion (PCR), Sequenzierung, Klonierung, Transfektion und Transformation unterschiedlichster Zellen, RNA-Silencing, Hybridisierungs-Experimente und Co.: Um den Fluss der genetischen Information von DNA über RNA zum Protein zu entschlüsseln, ist der Werkzeugkasten der Molekularbiologie mittlerweile prall gefüllt.

RNA-Technologien und -Analytik

RNA hat als Biomarker in der Forschung in den letzten Jahren deutlich an Relevanz gewonnen, denn die Möglichkeiten zur Amplifikation, Analyse und Handhabung haben sich enorm verbessert. RNA ist heute für vielfältige Fragestellungen interessant, etwa im Rahmen der Medikamentenentwicklung, bietet aber auch enormes diagnostisches Potential.

Peripheres Blut ist z. B. eine leicht zugängliche RNA-Probenquelle, um Genexpressionsanalysen durchzuführen – etwa, wenn das zu analysierende Gewebe, z. B. das Gehirn bei Schlaganfallpatienten, nicht zugänglich oder eine Gewebebiopsie, etwa bei einigen Krebspatienten, keine Option ist.

Das ist möglich, wenn die relevanten Gene in Blut und Gehirn ähnlich exprimiert oder die Transkripte wie im Falle vieler Tumoren ins Blut sezerniert werden. Insbesondere in der Onkologie kann ein Abgleich zwischen der Genexpression in Blut und Gewebe interessant sein. Während das Biopsat immer nur einen kleinen Ausschnitt des Tumors zeigt, bilden die Ergebnisse einer Flüssigbiopsie den Querschnitt aller Zellen, die RNA ins Blut abgeben, ab.

RNA kann aus verschiedenen Flüssigbiopsien gewonnen werden, neben Blut z. B. aus Urin oder Nervenwasser. Flüssigbiopsien sind zudem deutlich weniger invasiv als Gewebebiopsien. Mittels Next Generation Sequencing kann dabei die Sequenz der RNA und das Expressionsprofil bestimmt und als Biomarker genutzt werden. So lässt sich eine Erkrankung charakterisieren, das Ansprechen auf eine bestimmte Therapie vorhersagen oder der Therapieerfolg überwachen.

Proteomik in Anwendungen und Forschung

Die Proteomik ist ein interdisziplinäres Feld zwischen Molekularbiologie und Biochemie. Das Proteom beschreibt die Gesamtheit aller in einem Organismus vorkommenden Proteine – einige Schätzungen gehen beim Menschen von rund 80.000 verschiedenen Proteinen aus, andere dagegen von bis zu 1.000.000!

Identifizierung und Funktionsaufklärung sind also eine Mammutaufgabe, denn trotz der überschaubaren Anzahl von etwa 21.000 kodierenden Genen, geht man bei ihren Genprodukten von zahlreichen Isoformen, etwa durch alternatives Splicing, posttranslationalen Modifikationen usw. aus.

Während das Genom stark konserviert ist, ist das Proteom hochdynamisch und verändert sich stetig, z. B. als Reaktion auf Umweltbedingungen und andere innere und äußere Reize.

Molekulardiagnostik: Einführung und Anwendung

Gendiagnostik bei hereditären Erkrankungen

Viele Erkrankungen haben eine genetische Komponente oder sind vollständig genetisch begründet. Von der Prädisposition für bestimmte Tumorerkrankungen über Chromosomenanomalien bis hin zu seltenen Erkrankungen wie Sichelzellanämie, cystischer Fibrose oder Duchenne Muskeldystrophie – unsere Gene spielen bei der Pathogenese oft eine entscheidende Rolle.

Genetische Erkrankungen können mittels molekularer Diagnostik identifiziert und charakterisiert werden. Die Ergebnisse können prognostisch und therapeutisch relevant sein und eine Vielzahl von diagnostischen Fragestellungen beantworten.

SARSTEDT bietet mit der S-Monovette® DNA Exact und der S-Monovette® cfDNA Exact hochwertige Lösungen an, um genomische und frei zirkulierende DNA aus Blut effektiv zu stabilisieren und eine optimale Probenqualität sicherzustellen.

Ausrüstung und Materialien: Der Flow muss stimmen!

Egal ob Forschungsprojekt, molekulare Tumor-, Gen- oder Infektionsdiagnostik – die Qualität und Eigenschaften der verwendeten Materialien können Ihre Ergebnisse maßgeblich beeinflussen. Von der Probenentnahme über die Isolation bis zur Analyse muss deshalb alles stimmen – der molekulardiagnostische Workflow von SARSTEDT unterstützt Sie dabei.

Hands on: Tipps für eine erfolgreiche PCR

Sie sehen partout keine Banden auf dem Gel oder kein Signal auf dem Bildschirm? Oder passen die Ergebnisse nicht so recht zu dem, was Sie erwartet haben? Viele typische Probleme lassen sich leicht aus dem Weg räumen.