Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano-Heizplatten für DNA - Turbo-Analyse von Gendefekten

29.01.2008
In der medizinischen Forschung ist der Nachweis von DNA-Defekten ein wichtiges Thema, etwa bei der Erforschung von Erbkrankheiten. Die bisher verwendeten Untersuchungsmethoden sind allerdings sehr zeitaufwändig.

Dem Physiker Joachim Stehr und seinen Kollegen in der Arbeitsgruppe von Professor Jochen Feldmann an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München ist es nun im Rahmen der Nanosystems Initiative Munich (NIM) und in Zusammenarbeit mit der Firma Roche Diagnostics sowie Professor Thomas Klar von der Technischen Universität Ilmenau gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich Gen-Defekte in einer tausendstel Sekunde nachweisen lassen - so schnell wie nie zuvor.

Der Trick: die DNA wird mit Gold-Nanoteilchen verbunden, die mittels eines Laserpulses zu winzigen Heizplatten werden. Eine Schmelzkurve wird aufgenommen, aus der sich ablesen lässt, ob die DNA in Ordnung ist oder nicht. Die Arbeit wurde in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nano Letters" veröffentlicht.

Viele Krankheiten hängen mit fehlerhaften Sequenzen in der DNA zusammen. Diese Defekte führen als Nebeneffekt zu einer herabgesetzten Schmelztemperatur der DNA. An den Fehlstellen passen nämlich die beiden DNA-Stränge nicht genau zusammen. Daher trennen sie sich schon bei niedrigeren Temperaturen voneinander als bei einer intakten DNA. Diesen Effekt kann man zum Nachweis von DNA-Defekten nutzen, indem man die Schmelzkurve misst. Dazu isoliert man zunächst den maßgeblichen DNA-Abschnitt und vervielfältigt ihn dann in einer Polymerase-Kettenreaktion. Die DNA-Stücke werden anschließend mit Gold-Nanopartikeln verbunden. Dadurch bildet sich ein Knäuel aus DNA und Gold-Partikeln. Für die eigentliche Messung erhitzt man beim bisher üblichen Verfahren das Knäuel langsam in einem Wasserbad. Währenddessen misst man mit einem Laser die optische Absorption, das heißt die Abschwächung des Lichts. Schmilzt die DNA, lockert sich das Knäuel, und die Absorption sinkt. Ein großer Nachteil der bisherigen Methode: eine einzige Messung dauert etwa 30 Minuten. Für einen hohen Probendurchsatz ist das Verfahren nicht geeignet.

... mehr zu:
»Absorption »DNA »DNA-Defekt »Nanosystem

Dem Forscherteam ist es gelungen, ein weitaus schnelleres und einfacheres Verfahren zur Bestimmung der DNA-Schmelztemperatur zu entwickeln. Mit der neuen Methode lässt sich die eigentliche Messung in weniger als einer tausendstel Sekunde durchführen. "Vor uns hat noch niemand in so kurzer Zeit einen DNA-Defekt bestimmt" hebt Stehr hervor.

Und das ist der Trick: Statt die Probe von außen in einem Wasserbad langsam aufzuheizen, werden als Heizung die Gold-Nanoteilchen benutzt, die ja sowieso schon in der Probe enthalten sind. Alles was man dazu braucht, ist ein zusätzlicher Laser. Mit einem kurzen Licht-Impuls lassen sich die Nanoteilchen sehr schnell aufheizen. Und da sie sich in direkter Nähe der DNA-Moleküle befinden, werden auch diese sehr effektiv und schnell erwärmt. Entscheidend ist, dass der Großteil der umgebenden Lösung während der Messung nicht erhitzt werden muss. Mit einem Messlaser wird dann die zeitliche Entwicklung der Absorption ermittelt. Das Ganze kann man mit unterschiedlich intensiven Laserimpulsen durchführen und damit die Wärmezufuhr variieren. Reicht die durch den Laser-Impuls zugeführte Wärme nicht zum Schmelzen der DNA aus, ändert das System zwar seine Absorption, kehrt aber nach dem Abkühlen in seinen Ausgangszustand zurück. War der Impuls intensiv genug, löst sich das DNA-Goldknäuel, und die Absorption sinkt dauerhaft.

Stellt man die Impulsintensität so ein, dass nur eine defekte DNA schmilzt, nicht aber eine intakte, dann lässt sich mit einer einzigen Messung ermitteln, ob ein DNA-Stück einen Fehler aufweist oder nicht - und das gelingt in bisher unerreichter Geschwindigkeit. Diese neue Methode könnte der medizinischen Forschung viel Aufwand, Zeit und Geld sparen helfen. In bestimmten Fällen könnte eine schnellere DNA-Defektanalyse die Rettung von Leben bedeuten.

Auf das Messprinzip haben die Wissenschaftler bereits ein Patent angemeldet. Und Joachim Stehr möchte nach seiner Promotion zusammen mit einem Kommilitonen eine Firma gründen, um die Idee zu vermarkten. Mit regem Interesse der biotechnologischen und pharmazeutischen Industrie ist wohl zu rechnen. Denn aus dieser Richtung kam auch die Anregung zur technologischen Umsetzbarkeit. So betont Feldmann: "Ohne unsere durch die Bayerische Forschungsstiftung geförderte Kooperation mit der Firma Roche Diagnostics in Penzberg wäre uns die technologische Relevanz dieser aus der Grundlagenforschung stammenden Experimente wohl verschlossen geblieben." Maßgeblich unterstützt wurde die Arbeit durch das Exzellenz-Cluster Nanosystems Initiative Munich (NIM), das es sich zum Ziel gesetzt hat, funktionale Nanostrukturen für Anwendungen in der Medizin und in der Informationsverarbeitung zu entwickeln und zu erforschen.

Veröffentlichung:
"Gold NanoStoves for Microsecond DNA Melting Analysis",
Stehr, J., Hrelescu, C., Sperling, R.A., Raschke, G., Wunderlich, M., Nichtl, A., Heindl, D., Kürzinger, K., Parak, W.J., Klar, T.A., and Feldmann, J.,

Nano Lett., 2008, 10.1021/nl073028i

Ansprechpartner:
Professor Dr. Jochen Feldmann
Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
und Nanosystems Initiative Munich (NIM)
Tel.: +49 89 2180 3359
Fax: +49 89 2180 3441
E-Mail: feldmann@lmu.de
Dr. Peter Sonntag
Nanosystems Initiative Munich
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 89 2180 5091
Fax: +49 89 2180 5649
E-Mail: peter.sonntag@lmu.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.nano-initiative-munich.de

Weitere Berichte zu: Absorption DNA DNA-Defekt Nanosystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Raben: "Junggesellen" leben in dynamischen sozialen Gruppen
23.03.2017 | Universität Wien

nachricht Die Evolutionsgeschichte der Wespen, Bienen und Ameisen erstmals entschlüsselt
23.03.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Event News

International Land Use Symposium ILUS 2017: Call for Abstracts and Registration open

20.03.2017 | Event News

CONNECT 2017: International congress on connective tissue

14.03.2017 | Event News

ICTM Conference: Turbine Construction between Big Data and Additive Manufacturing

07.03.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen

Verschwindende Äderchen: Diabetes schädigt kleine Blutgefäße am Herz und erhöht das Infarkt-Risiko

23.03.2017 | Medizin Gesundheit

Die Evolutionsgeschichte der Wespen, Bienen und Ameisen erstmals entschlüsselt

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie