Neues Werkzeug entschlüsselt Struktur und Motive von RNA

Ein Forschungsteam der Bioinformatik an der Universität Würzburg sorgt für einen technologischen Fortschritt in der modernen Biologie, die heute tiefer in die Zellen von Lebewesen blickt als je zuvor. Die Gruppen von Professor Thomas Dandekar und Professorin Kathi Zarnack haben ein computergestütztes Werkzeug so weiterentwickelt, dass sich die Motive und die Faltung von Ribonukleinsäuren (RNA) noch besser untersuchen lassen. Das neue Tool macht diese Strukturen als interaktive Karten sichtbar und hilft dabei, Krankheiten besser zu verstehen. Da RNA-Moleküle lebenswichtige Prozesse in Zellen steuern und ihre Funktionsfähigkeit stark von der richtigen Struktur abhängt, können Fehler bei diesem Prozess zu zahlreichen Krankheiten führen.

RNAanalyzer3: Weltweit kostenlose Ganzheitsanalyse für Viren und Lebewesen

Das Team aus dem Würzburger Biozentrum stellt das neue, frei zugängliche Tool RNAanalyzer3 vor, mit dem Forschende weltweit ohne Kostenbarrieren an medizinischen Herausforderungen arbeiten können. Im Gegensatz zu bisherigen Programmen, die oft nur einzelne Abschnitte untersuchen, verfolgt der RNAanalyzer3 einen ganzheitlichen Ansatz: Er betrachtet die gesamte RNA-Struktur mit allen Motiven, stellt das Ergebnis in einen biologischen Zusammenhang und funktioniert universell für alle Lebewesen sowie Viren. Dies ermöglicht es beispielsweise, ein für Menschen gefährliches Virus direkt und ohne Werkzeugwechsel mit einem Pflanzenvirus zu vergleichen. „Das bedeutet eine enorme Zeitersparnis“, erklärt Aman Akash.

Ein großer Vorteil für die Laborarbeit ist zudem die interaktive Visualisierung, die die Ergebnisse statt als unübersichtlichen „Buchstaben-Salat“ aus den RNA-Bausteinen A, C, G und U in Form von bunten, anklickbaren Landkarten darstellt. „Forschende sehen so sofort, wo der Strang Schleifen bildet oder wo wichtige Kontrollzentren liegen“, sagt Thomas Dandekar.

Im Einsatz: Eisenstoffwechsel und Entzündungen

Besonders wichtig bei den RNA-Analysen sind sogenannte Motive, die man sich wie QR-Codes oder Landebahnen auf dem RNA-Strang vorstellen kann, welche von der Zellmaschinerie gescannt werden, damit Proteine genau an der richtigen Stelle andocken können. Wie leistungsfähig das Werkzeug bei dieser Suche ist, zeigen die Forschenden an zwei medizinisch relevanten Fallbeispielen: Im für die Eisenspeicherung entscheidenden FTH1-Gen fand der RNAanalyzer3 zielsicher das „IRE-Motiv“. Ein besseres Verständnis dieses Kontrollzentrums hilft der Forschung zu begreifen, wie Krebszellen dem Körper Eisen entziehen, um schneller zu wachsen. Zudem entdeckte das Tool im TNF-Gen, das Entzündungsreaktionen steuert, zielgenau die „ARE-Motive“ am hinteren, besonders dicht regulierten Ende des RNA-Strangs, welches maßgeblich bestimmt, wie stabil die RNA ist.

Präzision durch Logik und große Datenbanken

Für ihr in der Sprache Perl geschriebenes Programm nutzen die Forschenden große internationale Datenbanken wie Rfam und miRbase. Aus diesen digitalen Bibliotheken holt sich das Tool bekannte Muster, um sie mit neuen Proben zu vergleichen. Dazu Kathi Zarnack: „Im Vergleich zu anderen Programmen macht RNAanalyzer3 weniger Fehlvorhersagen, da es Struktur und Kontext kombiniert.“

Dabei gibt es klare technische Rahmenbedingungen:

• Die Berechnung der exakten Faltung ist auf Sequenzen bis zu 5.000 Bausteinen begrenzt.
• Eine allgemeine Mustersuche funktioniert bei bis zu 20.000 Bausteinen.
• Die Nutzer können bis zu fünf Sequenzen gleichzeitig analysieren.

Quelle

Julius-Maximilians-Universität Würzburg (05/2026)