Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

DNA Nano-Adapter: Impuls für Einzelmolekül DNA-Sequenzierung

10.06.2014

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig haben einen winzigen Adapter entwickelt, der es ermöglicht, Moleküle mit Nanostrukturen im ein Milliardstel Meter Bereich zu verbinden und an einem gewünschten Ort zu platzieren.

Die Entwicklung kann vor allem für die Entschlüsselung des Erbgutes (DNA-Sequenzierung) von Bedeutung sein, die als Schlüsselmethode bei der Analyse genetisch bedingter Erkrankungen gilt. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nano Letters“ stellen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun ihre Forschungsergebnisse vor.


Strategie für Immobilisierung: mit einem Fluoreszenzfarbstoff beladene DNA Origami (graue Rechtecke) füllen die kleinen Löcher in einem Metallfilm so aus, dass nur ein Adapter pro Loch Platz hat.

TU Braunschweig


Vergleich zwischen optimaler Poisson-Verteilung und der experimentell gemessenen Verteilung in ZMWs mit 200 nm Durchmesser.

TU Braunschweig

Bei der Einzelmolekül DNA-Sequenzierung werden einzelnen Grundbausteine der DNA-Stränge, die Nukleotide, analysiert. „Eine revolutionäre Methode ist, wenn in Echtzeit beobachtet wird, wie einzelne Nukleotide zu einem ganzen DNA-Strang zusammengefügt werden“, erläutert Prof. Philip Tinnefeld.

Bestimmte Enzyme, die so genannten Polymerasen, inkorporieren die Nukleotide und fungieren dabei ähnlich wie der Zipper in einem Reißverschluss, der dabei hilft, die beiden offenen Häkchen zusammenzufügen und zu verschließen. Um diesen Prozess zu beobachten, nutzen Wissenschaftler dazu bisher spezielle Objektträger, mit denen sie der Reihenfolge der unterschiedlichen Nukleotiden auf die Schliche kommen. Auf einer Glasplatte wird ein Metallfilm mit winzigen, hochpräzise angebrachten Löchern aufgetragen. Diese Löcher nennt man Zero Mode Waveguides (ZMWs).

„Eine besondere Herausforderung für diese Anwendung ist das Bestücken dieser Nano-Löcher mit exakt einer Polymerase, an die dann die Nukleotide andocken können“, erklärt Prof. Tinnefeld. Üblicherweise werden diese Biomoleküle eher zufällig auf die ZMWs verteilt. Dadurch bleiben viele unbesetzt oder andere beherbergen mehr als ein Polymerase-Molekül, so dass selbst bei optimalem Beladen auf diese Weise nur 37 Prozent der Fläche ausgenutzt werden, so der Experte für Nano-Bio-Wissenschaften.

Moleküle verbinden und richtig platzieren
Seiner Forschergruppe ist es nun gelungen, eine neue Strategie für eine effizientere Nutzung der ZMWs vorzuschlagen. Dafür konnten die Braunschweiger Nano-Experten vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie im Laboratory of Emerging Nanometrology der Technischen Universität Braunschweig auf ihre bisherigen Erfahrungen bei der Anwendung der so genannten DNA-Origami Technik zurückgreifen:

Dabei falten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler buchstäblich aus einzelnen Strängen des Erbgutes von Viren eine Vielzahl passgenauer Strukturen. Nun haben sie diese Strukturen so angepasst, dass in jedem ZMW exakt ein Nanoadapter binden kann. Die Nanoadapter bieten zusätzlich Anbindestellen für funktionelle Einheiten, wie etwa einzelne fluoreszierende Farbstoffe oder für die DNA-Sequenzierung wichtigen Polymerase-Moleküle.

„In unserer neuen Strategie verbinden wir einzelne Moleküle aus dem DNA-Origami mit den lithographisch hergestellten Nanostrukturen der ZMWs. Dieses Verfahren kann die Effizienz der DNA-Sequenzierung verbessern und auch in anderen Gebieten wie der molekularen Elektronik kann es Anwendungsmöglichkeiten geben, da wir die Welt der Moleküle an lithographisch hergestellte Strukturen anpassen können“, fasst Prof. Tinnefeld zusammen.

Zum Forschungsprojekt
Das von der Arbeitsgruppe NanoBioSciences von Prof. Philipp Tinnefeld (Institut für Physikalische und Theoretische Chemie) im neuen Laboratory of Emerging Nanometrology der Technischen Universität Braunschweig durchgeführte Forschungsprojekt wurde durch einen Starting Grant des European Research Council (SiMBA) gefördert.

Publikation
E. Pibiri, P. Holzmeister, B. Lalkens, G.P. Acuna, P. Tinnefeld (2014):Single-Molecule Positioning in Zeromode Waveguides by DNA Origami Nano-Adapters - Nano Lett.

Kontakt
Prof. Philip Tinnefeld
Dr. Guillermo Acuna
Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Arbeitsgruppe NanoBioSciences
Laboratory of Emerging Nanometrology
Technische Universität Braunschweig
Hans-Sommer-Strasse 10
38106 Braunschweig
Tel: 0531 391 5330
E-Mail: p.tinnefeld@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/pci
www.tu-braunschweig.de/mib/lena

Weitere Informationen:

http://blogs.tu-braunschweig.de/presseinformationen/?p=6978

Stephan Nachtigall | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise