In-vitro-Evolution von Ribozymen mit Aldolaseaktivität

Alle höheren Lebewesen benutzen DNA als Speicher der genetischen Information und Proteine als Enzyme. Als evolutionäre Vorstufe heutiger Lebensformen gilt nach allgemein anerkannter Auffassung die sog. RNA-Welt, sich selbst replizierende RNA-Enzyme (Ribozyme), die zugleich auch Speicher der genetischen Information waren. Dieses Szenario hat in jüngerer Zeit durch die Entdeckung von Ribozymen, welche Teilschritte der RNA- Biosynthese katalysieren können, zunehmend experimentelle Unterstützung erfahren. Solche Ribozyme wurden durch "in vitro"-Evolution erhalten, einem Modell für Evolution in der RNA-Welt, in dem darwinistische Prinzipien auf molekulare Systeme angewendet werden: In mehreren Zyklen wird die katalytische Effizienz der Ribozyme durch Mutation und selektive Amplifikation erhöht. Bis heute konnte allerdings noch kein Ribozym erhalten werden, das die Synthese wichtiger RNA-Bausteine wie Ribose katalysiert. Die Aldolreaktion von Glycoladehyd und Glyceraldehyd stellt einen potentiellen Biosyntheseweg zu Ribose dar. Entsprechende Ribozyme mit Aldolase-Aktivität, welche in diesem Projekt durch in-vitro Evolution erhalten werden sollen, würden die heutige Dominanz von Ribose und Desoxyribose als Zuckerbausteine im Genom erklären. Zudem ist eine Methode zur maßgeschneiderten Entwicklung von Aldolkatalysatoren höchst wünschenswert, zumal die Aldolreaktion einen der wichtigsten Wege zur C-C Bindungsknüpfung darstellt. In dieser Arbeit sollen eine Reihe von Aldolase- Ribozymen durch konventionelle und kontinuierliche in vitro-Evolution hergestellt werden, wobei letztere eine dramatischer Steigerung der Evolutionsgeschwindigkeit erlaubt. Die Selektion wird dabei durch kovalente Verknüpfung eines Oligonukleotides (Promotersequenz) durch Aldolreaktion erreicht. Erfolgreiche Katalysatoren tragen die Promotersequenz an ihrem 5`-Ende und werden dadurch im folgenden Schritt vermehrt. Solche Methoden können zum Design selektiver Katalysatoren für eine Reihe von organischen Reaktionen herangezogen werden, durch die zwei Substratteile kovalent miteinander verknüpft werden.