Doppelt genäht hält besser

Die Aufschüsselung ganzer Genome von Lebewesen offenbarte einen nicht unwesentlichen Anteil von duplizierten Genen. Dabei handelt es sich um Gene, von denen durch fehlerhafte Kopiervorgänge des Erbmaterials Duplikate erzeugt wurden. Handelt es sich bei den Duplikaten nun nur um „Datenmüll“, der sich unweigerlich im Erbgut ansammelt und nach einiger Zeit durch weitere, die Funktion auslöschende Mutationen wieder aussortiert wird? Schon lange wird vermutet, daß es sich hierbei um einen Mechanismus handelt, der Lebewesen hilft, sich an ihre Umwelt gezielter anpassen zu können. Duplizierte Gene könnten im Laufe der Zeit nämlich neue Funktionen annehmen, während das originale Gen nach wie vor seine Aufgabe erfüllt. In diesem Zusammenhang sprach OHNO hier vor dreißig Jahren von der „Spielwiese der Evolution“. Eine experimentelle Bestätigung dieses Konzepts steht jedoch aus; es wird vornehmlich vergleichend-biologisch begründet.

Neue Untersuchungen von GUund Mitarbeitern weisen in eine andere Richtung als von OHNO vermutet: Eventuell sind Duplikationen „Versicherungen“ gegen nachteilige Mutationen und helfen, das Genom zu stabilisieren. Denn wenn eine Kopie ausfällt, kann die andere die entsprechende Funktion immer noch ausüben. Um dies zu untersuchen wurden in der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae systematisch alle Gene, jeweils immer eines, ausgeschaltet und die Auswirkung unter fünf verschiedenen Wachstumsbedingungen beobachtet. Diese Daten wurden nun in Hinblick auf einzeln vorliegende Gene („Singles“) und doppelt vorhandene („Duplizierte“) ausgewertet: In 29% der Fälle war das Ausschalten von Singles für die Hefe tödlich, während dies nur für 12,4% der Duplizierten gilt. Auf der anderen Seiten hat das Abschalten eines Duplizierten in knapp 65% aller Fälle keinen oder einen kaum meßbaren Effekt, während dies nur für knapp 40% der Singles gilt.

Weiterhin gibt es eine Korrelation zwischen den ausgeschalteten Duplizierten: War der Effekt des Ausschaltens bei der einen Kopie schwach, so war es meistens auch bei der anderen, war der Effekt stark oder tödlich, so galt das für die Kopie ebenso. Die damit zusammenhängende Beobachtung ist: Je ähnlicher sich die Kopien sind, desto mehr überlappt ihre Funktion, und um so mehr können die Duplizierten füreinander eintreten. Angesichts dieser Ergebnisse fragt MEYER in einem begleitenden Kommentar: „[...] es könnte darauf hindeuten, daß OHNO nach allem doch falsch lag. Sind duplizierte Gene eher der Stoff für eine Stabilisierung in der Entwicklung und der Konservierung einer Funktion als der Stoff für evolutionäre Innovation? Wenn dem so ist, wie entstand die Vielfältigkeit der Lebewesen um uns herum?“ MEYER vermutet, daß die Antwort für die evolutionäre Entwicklung dafür mehr in regulativen Genen, in der Synthese mehrerer unterschiedlicher Proteine vom selben Gen, sowie in der Einbindung von Duplikaten in andere Funktionszusammenhänge gesucht werden muß (vergleiche hierzu aber NEUHAUS 2002). Wir dürfen mit Spannung die zukünftige Forschung abwarten, ob Funktionszusammenhänge in Lebewesen durch Veränderung von Regelkreisen tatsächlich erweitert werden können und damit eine Evolution möglich wird. Es ist zu vermuten, daß die Antwort, wozu duplizierte Gene gut sind, nicht in einem „entweder-oder“ liegt. So ist es denkbar, daß Duplikationen zwar eine Feinanpassung der Lebewesen (Mikroevolution) zulassen, gleichzeitig aber einen stabilisierenden Effekt auf das Genom ausüben, um das Überleben der jeweiligen Art zu sichern.

NW

[GU Z, STEINMETZ LM, GU X, SCHARFE C, DAVIS RW & LIW-H (2003) Role of duplicate genes in genetic robustness against null mutations. Nature 421, 63-66; MEYER A (2003) Duplication, duplication. Nature 421, 31-32; NEUHAUS K (2002) Genetinkering: Kann in komplexe biologische Systeme neue Information eingeflickt werden? Stud. Int. J. 9, 59-66]