Gene werden in der Biologie abgelesen, um die darauf gespeicherten Information dazu zu nutzen, Produkte wie lebenswichtige Proteine herzustellen. Zum Ablesen braucht es Steuerelemente, die oft aber weit entfernt von jenen Genen liegen, deren Ablesen sie vorantreiben. Das verändert jedoch nicht eine enge Beziehung zwischen den Genen und Steuerelementen, weil das Erbgut dicht gepackt und ständig in Bewegung ist – das hat der niederösterreichische Phsyiker David Brückner herausgefunden.
„Die Kommunikation über große Entfernung ist viel besser, als man dachte, weil sich das System ständig in einem fließenden und dynamischen Zustand befindet“, so der Wissenschaftler. Die dazugehörige Studie ist im Fachmagazin „Science“ erschienen. Aufgrund der dichten Packung und der schnellen Bewegung hänge die Bindung von zwei Genregionen viel weniger von ihrem Abstand entlang des Erbgutträgers ab, als bisher angenommen.
Zwei physikalische Modelle erzielen Erfolg
Mithilfe von zwei physikalischen Modellen hat Brückner die Bewegungsdaten von Steuerelementen auf Erbgutträgern und den Startregionen unmittelbar vor jedem Gen untersucht. Diese Daten wurden von Wissenschaftlern der Universität Princeton (USA) aufgenommen. Sie markierten dazu in Zellen von Fruchtfliegen Steuerelemente grün und Startregionen blau fluoreszierend. Zusätzlich leuchtete jede abgelesene Vorlage (mRNA) für einen Eiweißstoff rot.
Der niederösterreichische Physiker fand heraus, dass man die zufälligen Bewegungen der Steuerelemente und Startregionen mit einer Kombination zweier Modelle optimal beschreiben kann: Die Durchmischung würde durch das sogenannte Rouse-Modell gut erklärbar, das jede beteiligte Komponente als elastische Feder darstellt. Die äußerst dichte Struktur der Erbgutträger sei wiederum von einem Modell namens „fractal globule model“ (Modell mit fraktalen Kugeln) passend abgebildet.