Eigentlich schien die Verdopplung von DNA keine Überraschungen mehr bereitzuhalten. Seit Jahrzehnten ist in allen Lehrbüchern zu lesen, dass neue DNA immer entlang einer Vorlage, eines sogenannten Templates, entsteht. Entweder entlang der DNA selbst, indem der Doppelstrang geöffnet und zu zwei Doppelsträngen ergänzt wird, oder entlang einer RNA.Es geht aber offensichtlich auch anders. Eine Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Science“ zeigt nun, dass neue DNA auch ohne jede Nukleinsäure-Vorlage entstehen kann, und zwar indem ein DNA-synthetisierendes Protein selbst zur Vorlage wird. In diesem Fall ahmen die Aminosäuren eine RNA nach. Die Proteinstruktur wird zur Blaupause.Die Dogmen zur DNA-Synthese auf den Kopf gestelltDas ist eine bislang völlig unbekannte Art und Weise, DNA zu produzieren, vergleichbar mit einem 3D-Drucker, der die Druckvorlagen für die beauftragten Objekte aus seinen Bauteilen bezieht. Entdeckt wurde die ungewöhnliche Vorgehensweise von einem Team um Alex Gao von der Stanford University in Kalifornien.Was ist das für ein Protein, das die Dogmen zur DNA-Synthese auf den Kopf stellt? Das Protein gehört zu einer molekularen Maschine, die den kryptischen Namen DRT3 trägt und zur Immunabwehr des Darmbakteriums Escherichia coli gehört. Diese molekulare Maschine besteht aus zwei Proteinen und einer RNA, die jeweils dreimal vorhanden sind. Die beiden Proteine sind sogenannte Reverse Transkriptasen, die aus einer RNA-Vorlage einen DNA-Strang machen, wobei eine dieser Reversen Transkriptasen Drt3a heißt, die andere Drt3b.Die zu der molekularen Maschine gehörende RNA ist ein sogenannter Poly(AC)-Strang, der nur aus Nukleotiden mit den Basen Adenin und Cytosin besteht, die sich ständig wiederholen. Die Reverse Transkriptase Drt3a synthetisiert entlang dieser RNA einen komplementären Poly(GT)-Strang aus Nukleotiden mit den Basen Guanin und Thymin.Hilfe bei der Abwehr von Bakterienviren?Der eigentliche Star der molekularen Maschine ist allerdings die zweite Reverse Transkriptase Drt3b. Sie benutzt die Aminosäuren ihres aktiven Zentrums, um einen Poly(AC)-Strang zu bilden, der sich dann mit dem von der anderen Reversen Transkriptase synthetisierten Poly(GT)-Strang zu einer DNA-Doppelhelix verbindet.Weil DRT3 zum Immunsystem von Escherichia coli gehört, vermuten Gao und seine Kollegen, dass die entstandene Doppelhelix eine Rolle bei der Phagen-Abwehr spielt. Phagen sind die natürlichen Feinde der Bakterien. Sie docken an den Zellen an, injizieren ihre Nukleinsäuren in das Innere der Bakterien und lassen dort entweder Phagen-Bestandteile produzieren, die sich dann selbständig zu neuen Phagen zusammensetzen und die Bakterien wieder verlassen, oder sie integrieren ihr Erbgut in das Erbgut des Bakteriums und gehen dort erst einmal in Deckung.Gao und seine Kollegen vermuten nun, dass der von DTR3 synthetisierte Doppelstrang wie ein molekularer Schwamm oder eine molekulare Luftpolsterfolie wirkt und die Phagen-Bestandteile entweder einhüllt und damit ausschaltet oder für das bakterielle Immunsystem markiert und damit angreifbar macht.Neues Instrument im Werkzeugkasten der ImmunabwehrWarum ist diese Entdeckung so interessant? Drt3b bringt eigentlich nur eine einfache repetitive Sequenz hervor, keine komplexe neue Bauanleitung. Auch Gao und seine Kollegen sehen in der Arbeit des Proteins keinen generellen Mechanismus für die sequenzspezifische Synthese neuer DNA. Trotzdem sind die Forscher elektrisiert. Es ist dieser „Alles in einem“-Aspekt, der die Wissenschaftler fasziniert. Drt3b bringt allein über seine Struktur alles mit, was zur Synthese einer DNA gehört, auch wenn es bislang nur für eine simple Sequenz reicht.Die Phantasien richten sich auf das mögliche Potential, denn in der jüngsten Vergangenheit hat schon einmal ein unscheinbares Instrument aus dem Werkzeugkasten einer bakteriellen Immunabwehr für Furore gesorgt: die Genschere CRISPR/Cas9. Aus ihr wurde in Rekordzeit ein programmierbares Präzisionsskalpell für den gezielten Eingriff ins Genom, das heute aus keinem Labor mehr wegzudenken ist. Was wäre, wenn sich die Fähigkeiten von Drt3b ebenfalls durch gezielte Manipulationen auch auf ein neues Niveau heben ließen? Der Nutzen einer biologischen Maschine, die DNA allein anhand ihrer Struktur synthetisiert, wäre enorm.