Vor etwa 40 jahren berichteten Andre Lwoff und seine Kollegen yom Institut Pasteur in Paris, daB sie bei einem Stamm des gewohnlichen Darmbakteriums Escherichia coli eine faszinierende Eigenschaft entdeckt hatten: Bestrahlt man die Bakterien mit einer gemaBigten Dosis an ultraviolettem Licht, so horen sie auf zu wachsen. Ungefahr 90 min spater Iysieren, d. h. platzen sie und setzen groBe Virus mengen ins Kulturmedium frei. Solche Bakterienviren werden als Bakteriophagen - Bakterienfresser - oder einfach als Phagen bezeichnet; der von Andre Lwoff ent deckte Bakteriophage bekam den Namen A. Die freigesetzten A-Phagen vermeh ren sich, wenn sie frische Bakterien infizieren konnen. Viele dieser infizierten Bak terien Iysieren bald und produzieren weitere Phagen. Einige Bakterien jedoch i. iberleben; sie beherbergen A als friedlich schlummernden Gast. Sie wachsen und teilen sich normal, bis die Kultur ein 2. Mal bestrahlt wird. Wie zu Anfang des Ver suches Iysieren dann die Bakterien dieser Generation vollstandig und setzen einen weiteren Schwung neuer A-Phagen frei. -Abb. I zeigt den Phagen und seinen Wirt. Lwoff und seine Kollegen Franc;:ois jacob und jacques Monod sahen in dem Umschalten von einem Zustand des Phagen zum anderen, von der ruhenden Form im sich teilenden Bakterium zur aktivierten Form im bestrahlten Bakterium, ein ein faches Beispiel fUr einen grundlegenden biologischen ProzeB: das An- und Abschalten von Genen. Gene bestimmen die Strukturen der Moleki. ile, aus denen sich lebende Zellen zusammensetzen.

Einführung

1 Die wichtigsten Elemente des Schalters und ihre Funktion
1.1 Elemente des Schalters
1.2 Wirkungsweise von Repressor und Cro-Protein
1.3 Induktion: der Schalter springt um
1.4 Kooperativät: die Empfindlichkeit des genetischen Schalters
1.5 Autoregulation
1.6 Andere Beispiele
2 Regulation der Genexpression durch DNA-bindende Proteine
2.1 Operatoren
2.2 Repressor
2.3 Cro-Protein
2.4 Wechselwirkungen zwischen Aminosäuren und Basenpaaren
2.5 Promotoren
2.6 Genregulation
3 Schalter und Regelkreise
3.1 Kurzer Überblick über den Vermehrungszyklus von ?
3.2 Regulation der Transkription
3.3 Der Entscheidungsprozeß
3.4 Regulation von Integration und Exzision
3.5 Andere Phagen
3.6 SOS-Antwort
3.7 ? als Modell für die Zelldifferenzierung
4 Woher wir das alles wissen: die entscheidenden Experimente
4.1 Die Repressoridee
4.2 Das Repressorproblem in den frühen 60er Jahren
4.3 Isolierung des Repressors und Untersuchung seiner DNA-Bindung
4.4 Isolierung des Repressors im präparativen Maßstab
4.5 Die wesentlichen Aussagen aus Kap. 1 und 2
4.6 Schlußbemerkung
Anhang 1: Konstruktion eines wirksamen DNA-bindenden Proteins
Übersicht
Spezifische und unspezifische Bindung
Steigerung der Spezifität
Erhöhung der Proteinkonzentration
Direkte Erhöhung der Spezifität
Ausnutzen der Kooperativität
DNA-Protein-Wechselwirkung in Eukaryoten
Anhang 2: Starke und schwache Wechselwirkungen
Anhang 3: Regulation der Transkription in Eukaryoten und Prokaryoten: ein gemeinsamer Mechanismus.