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 Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise