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ChemieRUBIN: Programmierbare Nanokonstrukte auf DNA-Basis

09.12.2003


Das kleinstmögliche chemische System, das sich selbst replizieren kann: Zwei Bausteinen A und B binden an ein Templat C. Es entsteht der Komplex ABC. Die benachbarten reaktionsbeteiligten Enden der Bausteine A und B verknüpfen sich zu einem "Zwilling" von C – das Templat ist kopiert.


Der Grundaufbau der Nanokonstrukte ist einfach: Zwölf Module sind an einem tetraedrischen Gerüst aufgehängt, das ihre Position eindeutig festlegt.


Vom Reparaturwerkzeug für Gendefekte bis hin zur selbstaufbauenden Nanomaschine reichen die Möglichkeiten, die das Wissen um die Selbstreplikation kleinster chemischer Systeme eröffnet. Prof. Dr. Günther von Kiedrowski und Prof. Dr. Sabine Müller (Organische Chemie) arbeiten mit Nucleinsäuresequenzen, in deren Aufbau sie die gewünschte Funktion einprogrammieren. Über ihre Forschung berichten sie in ChemieRUBIN, der aktuellen Sonderausgabe des Wissenschaftsmagazins der Ruhr-Universität RUBIN.

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Zeitreise in die RNA-Welt

Vor Milliarden von Jahren muss das biologische Leben aus chemischen Vorläufersystemen hervorgegangen sein, die Informationen gespeichert und sich selbst kopiert haben. Im Laufe der Evolution entwickelte sich wahrscheinlich irgendwann eine RNA-Welt: Ribonucleinsäuren, die heute hauptsächlich zum Lesen der Informationen im Erbmolekül DNA und zu dessen Vermehrung dienen, waren vor ca. 3,5 Milliarden Jahren vermutlich allein für Informationsspeicherung, -verarbeitung und Selbstvermehrung zuständig. Die Art der Informationsspeicherung ist seither dieselbe: Zum einen wirkt jedes chemische Minimalsystem wie eine Matrize, d.h. nur bestimmte andere Bausteine können andocken. Zum anderen liegt die Information im Aufbau des Moleküls, in der Abfolge seiner Bausteine.


Erbkrankheiten überlisten

Mit diesem Wissen stehen den Forschern viele Möglichkeiten offen. Reihen sie die Bausteine in kontrollierter Art und Weise aneinander, lagern sie sich selbstständig zu Nanobauwerken zusammen, wie es ihnen ihre Sequenz vorgibt. Durch die Informationen in den Sequenzen können sie sich sogar selbst kopieren, wenn sie mit den passenden Bausteinen zusammen kommen. In Nucleinsäuresequenzen sind auch Katalyse-Aufgaben gespeichert: Man kann z. B. ein Ribozym so aufbauen, dass es an genau definierten Stellen einer RNA-Sequenz Spaltungen oder Verknüpfungen katalysiert. Diese Programmierung verändert dann den Vorgang des Ablesens und Umsetzens von genetischen Informationen. Es lässt sich z. B. verhindern, dass fehlerhafte Geninformationen gelesen und verarbeitet werden. Geht man einen Schritt weiter, lassen sich diese Fehler sogar beheben - ein wichtiger Ansatz für die zukünftige Therapie von Erbkrankheiten ohne irreversiblen Eingriff in die Geninformation.

Bezug des Magazins

ChemieRUBIN ist in der RUB-Fakultät für Chemie (Tel. 0234/32-24732) zum Preis von 5 Euro erhältlich. Weitere Themen in ChemieRUBIN: Vom Molekül zum Material: Die Kunst der Anorganischen Synthese; Temperatur formt Moleküle - Von der Ameisensäure zur Doppelhelix; Wasser - mehr als ein Lösungsmittel: Das Eis ist heiß; Wie Moleküle an Oberflächen haften: Im chemischen Gang die Wände entlang; Photochemische Reaktionen im virtuellen Labor: Vom Lichtblitz zum Lichtblick; Robotersystem sucht Stickstoffmonoxid-Antagonisten: Sag NO zum Überleben!; Zinkoxid steuert Katalyse: Chemisch entzaubert; Mit High-Tech-Werkzeugen Proteinen auf der Spur: Gegen Malaria und Tumore.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Günther v. Kiedrowski, Prof. Dr. Sabine Müller, Organische Chemie I, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-23218 bzw. -27034, Fax: 0234/32-14783, E-Mail: kiedro@ernie.orch.ruhr-uni-bochum.de, sabine.mueller@orch.ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.rub.de/rubin/chemierubin

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