Genom-Forscherin bringt neue Methode an US-Universität

Jede unserer Zellen enthält einen gut zwei Meter langen DNA-Faden – zusammengepresst in einen Zellkern, der nur etwa ein Zehntel Millimeter misst. Damit das überhaupt funktioniert, muss sich die DNA auf komplexe Weise falten. Dabei entstehen räumliche Strukturen, die bestimmen, welche Gene abgelesen werden und welche stumm bleiben. Eine Leberzelle und eine Hautzelle haben exakt die gleiche DNA – sie verhalten sich nur deshalb so unterschiedlich, weil die DNA in ihnen anders gefaltet ist.

Ana Pombo, die neu an die Johns Hopkins University berufen wurde, erforscht genau diese Zusammenhänge. Sie hat eine Technik namens Genome Architecture Mapping (GAM) entwickelt, mit der sich die räumliche Anordnung der DNA in einzelnen Zellen sichtbar machen lässt. Dafür werden Zellkerne schockgefroren und in hauchdünne Scheiben geschnitten. Aus jeder Scheibe wird die DNA extrahiert und sequenziert – so entsteht ein dreidimensionales Bild davon, welche Genabschnitte nahe beieinander liegen und miteinander interagieren.

Bisherige Verfahren konnten meist nur Paare von Genabschnitten untersuchen. GAM dagegen erfasst komplexe Netzwerke aus vielen gleichzeitigen Wechselwirkungen – und das sogar in einzelnen Zelltypen innerhalb von Geweben wie dem Gehirn, das Dutzende verschiedener Zellarten enthält. Das ist besonders wichtig, weil viele Krankheiten mit fehlerhaften DNA-Faltungen zusammenhängen: Bei Krebs etwa sind oft ganze Chromosomen-Abschnitte falsch angeordnet, bei Entwicklungsstörungen können winzige Mutationen in den Faltungsproteinen fatale Folgen haben.

Pombo interessiert sich auch dafür, ob äußere Einflüsse – etwa Drogen oder Umweltgifte – Spuren in der räumlichen DNA-Struktur hinterlassen. Solche „epigenetischen Erinnerungen“ könnten erklären, warum manche Schäden erst Jahre später ausbrechen. Ihre Methoden lassen sich sogar auf andere Bereiche übertragen: Aktuell arbeitet sie daran, die räumliche Anordnung von Bakterien in der Darmflora zu kartieren.

An der Johns Hopkins University wird Pombo als Bloomberg Distinguished Professor Teil eines interdisziplinären Teams, das die Grundlagen der Genom-Organisation erforscht. Ihre Arbeit verbindet Biologie, Medizin und Datenanalyse – und könnte langfristig helfen, Krankheiten früher zu erkennen oder gezielter zu behandeln.