Große öffentliche Aufmerksamkeit für jungen DNA-Forscher

Martin Volek forscht seit April 2025 als Postdoc am Lehrstuhl für Organische Chemie I, wo er sich mit der Chemie der Nucleinsäuren beschäftigt. Seit Oktober wird dieser Forschungsaufenthalt von der Alexander von Humboldt-Stiftung gefördert, welche dem bereits mehrfach ausgezeichneten Nachwuchswissenschaftler ein zweijähriges Stipendium bewilligt hat.

Nun hat Martin erneut Grund zur Freude. Für seine außerordentlichen Forschungsleistungen während seines Promotionsstudiums am Institut für Organische Chemie und Biochemie der Tschechischen Akademie der Wissenschaften (IOCB CAS) hat er in der Kategorie "DOCTORANDUS, VEOLIA Award for Natural Sciences" die höchste tschechische Auszeichnung für Wissenschaftler und Innovatoren erhalten: "Česká hlava" ("Tschechischer Kopf") 2025. Der mit 2.000 € dotierte Preis wurde ihm im Rahmen eines landesweit im tschechischen Fernsehen übertragenen Galaabends überreicht. Der Live-Stream mit Video-Einspielern ist als Aufzeichnung in tschechischer Sprache verfügbar:

  https://www.ceskatelevize.cz/porady/10213906625-ceska-hlava/22554416014/ (ab Minute 4:30).

Aurora und Apollon

Die Jury aus führenden tschechischen Wissenschaftlern begründete ihre Wahl folgendermaßen: "Für die Entwicklung katalytisch aktiver DNA-Moleküle – der Desoxyribozyme Aurora und Apollon, die fluoreszierende und chromogene Signale aussenden und den Nachweis von SARS-CoV-2-Virus-Enzymen ermöglichen. Die Substanzen haben das Potenzial, die Entwicklung neuer antiviraler Medikamente zu unterstützen." Auf der Website von Česká hlava (https://www.ceskahlava.cz/rndr-martin-volek-ph-d/) wird das Forschungsprojekt wie folgt erklärt:

Das DNA-Molekül ist als Träger genetischer Informationen bekannt, und die meisten von uns stellen es sich als Doppelhelix vor. In Kriminalromanen begegnet uns der Begriff DNA häufig, wobei DNA im Zusammenhang mit Hinweisen oder Beweisen zur Überführung eines Täters erwähnt wird.

Die DNA befindet sich im Zellkern und gehört zur Gruppe der Nukleinsäuren. Diese Substanzen können jedoch viel mehr als nur Gene transportieren und Kriminelle überführen. Eine völlig unerwartete und bemerkenswerte Entdeckung war, dass Nukleinsäuren als Katalysatoren wirken, d. h. chemische Reaktionen beschleunigen können. Diese Entdeckung wurde in den 1980er Jahren in den USA von der Gruppe um Thomas Cech gemacht. Kurz darauf wurde eine Methode namens In-vitro-Selektion entwickelt, mit der DNA- oder RNA-Moleküle gefunden werden können, die die gewünschte chemische Reaktion katalysieren.

Die In-vitro-Selektion ist im Wesentlichen eine beschleunigte künstliche Evolution im Reagenzglas. Man kann es sich so vorstellen, als würde man eine riesige Anzahl von Molekülen durchsieben und nur nach denen suchen, die die richtige Funktion haben. Auf den ersten Blick scheint das einfach, aber eine typische In-vitro-Selektion beginnt mit einer riesigen Anzahl verschiedener DNA-Moleküle. Konkret: Es gibt 10¹⁶ (zehn Millionen Milliarden) Moleküle, von denen nur die wenigen geeigneten gesucht werden. Die unglaubliche Leistungsfähigkeit der In-vitro-Selektion liegt also in ihrer präzisen Fähigkeit, aktive Moleküle, die eine bestimmte Reaktion katalysieren können, von den inaktiven zu unterscheiden.

Das ausgezeichnete Projekt führt eine neue Denkweise in Bezug auf DNA ein. DNA wird nicht als Träger genetischer Informationen betrachtet, sondern als organische Verbindung, die chemische Reaktionen katalysieren kann. Mithilfe der In-vitro-Selektion wurden kurze katalytisch aktive DNA-Moleküle (sogenannte Desoxyribozyme) isoliert, die fluoreszierende und farbige Signale erzeugen. Diese sorgfältig ausgewählten DNA-Moleküle erhielten die Namen Aurora, das violette Fluoreszenz erzeugt, und Apollon, das eine leuchtend gelbe Farbe hat.

Ein entscheidender nächster Schritt war die erfolgreiche Entwicklung eines Sensors auf Basis dieser DNAs. Dieser Sensor erzeugt ausschließlich in Gegenwart eines spezifischen und aktiven Enzyms aus dem SARS-CoV-2-Virus ein Fluoreszenzsignal. Der Name des Enzyms lautet Nsp15-Endoribonuklease. Dieser Sensor wurde dann in einem Hochdurchsatz-Screening eingesetzt, um geeignete Inhibitoren dieser Nsp15-Endoribonuklease zu finden. Die mit dieser Methode entdeckten Inhibitoren könnten als Grundlage für die Entwicklung neuer antiviraler Therapeutika dienen. Zuverlässige und robuste Screening-Tests sind einer der Eckpfeiler in der pharmazeutischen Forschung bei der Entwicklung neuer Medikamente.

Die Ergebnisse der Arbeit haben gezeigt, dass katalytisch aktive DNA-Moleküle für die Entwicklung von Tests mit hoher Kapazität geeignet sind. Aurora und Apollon können somit sowohl in der Grundlagenforschung zur Suche nach neuen Medikamenten als auch als Grundlage für die Entwicklung einer neuen Generation von Tests zur schnellen und kostengünstigen Diagnose bestimmter Viruserkrankungen eingesetzt werden.

(Übersetzung aus dem Tschechischen)