Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Freie Richtungswahl: Neue Methode für Templat-gesteuerte DNA-Synthese in 3‘- und 5‘-Richtung

30.08.2012
Wenn sich eine Zelle teilt, gibt sie genetische Information weiter, indem sie Kopien ihrer DNA erstellt.

Auch mit chemischen Methoden kann DNA kopiert werden. Ein deutsches Team stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun eine weitere Kopier-Methode vor, die wie Zellen einen DNA-Einzelstrang als „Kopiervorlage“ nutzt, aber ohne Enzyme auskommt. Anders als alle bisherigen Verfahren erlaubt sie eine schrittweise Kettenverlängerung sowohl in der von der Natur bevorzugten als auch in der entgegengesetzten, für gängige DNA-Syntheseautomaten typischen Richtung.


Forscher der Universität Stuttgart haben die Methode der „Chemical Primer Extension“ weiterentwickelt. Die neue Schutzgruppe kann so schonend entfernt werden, dass DNA-Duplexe aus Primer und Templat dabei nicht auseinanderfallen.

Der DNA-Doppelstrang wird in der Zelle für den Kopiervorgang streckenweise getrennt. Einer der Einzelstränge dient dann als „Kopiervorlage“ oder Templat. Polymerase-Enzyme knüpfen die jeweiligen Nukleotide schrittweise zum neuen Gegenstrang zusammen, ausgehend von einem „Anfangsstückchen“, einem Primer. Das Rückgrat eines DNA-Strangs ist eine alternierende Kette aus Zucker-Fünfringen und Phosphatgruppen. Die Kettenverknüpfung erfolgt an den Sauerstoffatomen Nr. 3‘ und Nr. 5‘ der Zucker, das natürliche Kettenwachstum läuft in 3‘-Richtung.

Eine Frage im Zusammenhang mit der Entstehung des Lebens lautet: Wie konnte die Natur DNA- oder RNA-Stränge kopieren, bevor es Polymerasen gab? Mit DNA-Syntheseapparaten können Chemiker seit den 80er Jahren zwar DNA-Stränge herstellen, aber ohne Templat, ohne Primer und nur mit der durch die Reihenfolge der Reagenzienzugabe vorgegebenen Sequenz. Allein sogenannte Schutzgruppen, die eine unkontrollierte Reaktion verhindern, und die programmierte Zuführung der Reagenzien sorgen für die korrekte Abfolge der Basen. So konnte die Natur sicherlich nicht vorgehen. Aber wie könnte eine templatgesteuerte Primerverlängerung rein chemisch, also ohne Enzyme, funktionieren?

Inzwischen wurden Ansätze für eine Methode entwickelt, die „Chemical Primer Extension“ genannt wird und die Reaktion aktivierter Nukleotide mit dem Ende eines leicht modifizierten DNA-Primers beinhalten. Diese haben Clemens Richert, Andreas Kaiser und Sebastan Spies an der Universität Stuttgart nun weiterentwickelt. Sie fanden eine Schutzgruppe, die so schonend entfernt werden kann, dass DNA-Duplexe aus Primer und Templat dabei nicht auseinanderfallen. Mit ihr kann die Reaktivität von Nukleotiden und Primer-Terminus gezielt an- und abgeschaltet werden und die Sequenzinformation des Templatstranges Nukleotid für Nukleotid ausgelesen werden. Damit das klappt, sind sowohl Templat als auch Primer an kleinen Kügelchen fixiert. Wie im Syntheseautomat können gezielt Reagenzien und Bausteine an den Kügelchen vorbei gespült werden. Der Primer bindet an das Templat durch Basenpaarung. An die nächste freie Bindungsstelle des Templats dockt dann ein passendes Nukleotid aus der umgebenden Lösung an. Über aktivierte Phosphat-Einheiten verbinden sich Nukleotid und reaktives Ende des Primers. Die Stellen, die reagieren sollen, wurden insgesamt chemisch so verändert, dass sie reaktiver als bei natürlicher DNA sind. Das Besondere: Die Kettenverlängerung kann nun wahlweise in die 3‘- oder die 5‘-Richtung laufen. Für letzteres gibt es in der Natur kein Vorbild.

Bisher ist das Verfahren noch recht langsam und auf kurze Abschnitte beschränkt. Es sollte sich durch weitere Optimierung der Reaktionsbedingungen und stärkere Automatisierung weiter verbessern lassen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 33/2012

Autor: Clemens Richert, Universität Stuttgart (Germany), http://chip.chemie.uni-stuttgart.de/members.html

Angewandte Chemie 2012, 124, No. 33, 8424–8428, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201203859

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de/
http://chip.chemie.uni-stuttgart.de/members.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Fighting drug resistant tuberculosis – InfectoGnostics meets MYCO-NET² partners in Peru

28.04.2017 | Event News

Expert meeting “Health Business Connect” will connect international medical technology companies

20.04.2017 | Event News

Wenn der Computer das Gehirn austrickst

18.04.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

Wireless power can drive tiny electronic devices in the GI tract

28.04.2017 | Medical Engineering

Ice cave in Transylvania yields window into region's past

28.04.2017 | Earth Sciences

Nose2Brain – Better Therapy for Multiple Sclerosis

28.04.2017 | Life Sciences