Genomforschung
Die Erbinformation von Organismen, das Genom, ist der Bauplan für alle Lebensvorgänge. Um Leben zu erforschen, versucht die Wissenschaft daher das Erbmaterial und dessen Funktionen zu verstehen. Je besser dies der Genomforschung gelingt, desto umfassender können biologische Vorgänge – beispielsweise zu Diagnose- oder Therapiezwecken – biotechnologisch verändert oder angewendet werden.
Humangenomforschung
Eine der bedeutendsten und Aufsehen erregendsten Leistungen der Genomforschung ist die vollständige Entzifferung des menschlichen Erbgutes im Rahmen des internationalen Humangenomprojektes (Human Genome Project). Den grundlegenden Aufbau des menschlichen Erbgutes zu kennen, ist jedoch erst der Anfang. Der nächste Schritt zielt darauf ab, die Funktion und das komplizierte Zusammenspiel der Gene zu verstehen und die genetischen Ursachen verschiedener Erkrankungen zu identifizieren. Auf diese Weise können die Erkenntnisse aus der Genomforschung zu besseren Diagnosesystemen und neuen Therapien führen – Erkrankungen können früher erkannt und besser behandelt werden.
Genomforschung an Mikroorganismen
Bakterien (Prokaryoten) kommen nahezu überall auf der Erde vor. Einige Arten haben sich an extreme Bedingungen angepasst (Extremophile). Sie existieren bei Temperaturen von über 100 °C in heißen Quellen, unter hohem Druck in der Tiefsee oder unter meterdicken Eisschichten. Obwohl die Bakterien anders als höhere Zellen keinen Zellkern besitzen und relativ einfach aufgebaut sind, haben sie doch erstaunliche Stoffwechselfähigkeiten: Es gibt praktisch keine chemische Substanz, die nicht von Bakterien verwertet werden kann. Was sie dazu befähigt? Enzyme, die als Biokatalysatoren viele Stoffwechselreaktionen erst ermöglichen und die Gene, welche den Bauplan für solche Enzyme bilden.
Struktur und Funktion bakterieller Erbsubstanzen zu entschlüsseln, ist Ziel der mikrobiellen Genomforschung. Ihre Erkenntnisse sind für die technische Anwendung von Enzymen besonders interessant. Denn diese können in industriellen Prozessen je nach ihren individuellen Eigenschaften vielfältig eingesetzt werden: bei niedrigen oder hohen Drücken und Temperaturen, im sauren ebenso wie im basischen Milieu. Darüber hinaus lässt sich die Fähigkeit von Bakterien, eine große Anzahl an chemischen Substanzen verwerten zu können, für den Umweltschutz nutzen, beispielsweise bei der biotechnologischen Sanierung belasteter Böden.
Um das enorme Potenzial der Bakterien zu erschließen und für die Anwendung in verschiedenen Wirtschaftsbereichen verfügbar zu machen, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit dem Forschungsprogramm GenoMik die Genomforschung an Mikroorganismen. Im Fokus stehen dabei Bakterien, die besonders für Landwirtschaft, Umweltschutz, Biotechnologie, die chemische Industrie sowie für die menschliche Gesundheit von Bedeutung sind.
Genomanalyse im biologischen System Pflanze (GABI)
Auch die Pflanzengenomforschung hat sich zu einem international hoch kompetitiven Forschungsgebiet entwickelt. Sie zielt darauf ab, Pflanzengene möglichst vollständig zu entschlüsseln und davon ausgehend ein tieferes Verständnis des biologischen Systems Pflanze zu erlangen. Die Ergebnisse aus diesen Forschungsaktivitäten sind Grundlage für schnellere und aussagekräftigere Ausleseverfahren in der Pflanzenzüchtung (Smart Breeding). Des Weiteren dienen sie der gezielten Verbesserung von Pflanzen für den Einsatz in der Landwirtschaft (molekulare Züchtung), etwa durch eine hohe Trockentoleranz oder gesteigerten Nährstoffgehalt.
Die deutsche Pflanzengenomforschung wird durch das Verbundvorhaben Genomanalyse im biologischen System Pflanze (GABI) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gestärkt. Darüber hinaus etabliert GABI internationale Kompetenznetze und fördert den Technologietransfer zwischen Forschungseinrichtungen und Wirtschaftsunternehmen mit insgesamt 50 Millionen Euro im Zeitraum von 2007 bis 2013. Auf Initiative von GABI kann sich zudem die interessierte Öffentlichkeit auf dem Informationsportal www.pflanzenforschung.de auf einen Streifzug durch die Welt der Pflanzen- und Agrarforschung begeben.
