Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Struktur für die selektive Sequenzerkennung

26.08.2013
Verbesserte Basenpaarung für DNA

Der hochspezifische Nachweis von genetischem Material ist für die moderne Medizin, die Forensik und die Biologie eine wichtige Aufgabe.


Basenpaarung des neu entwickelten Nucleosids mit Thymidin. Die verschiedenen Wechselwirkungen sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Links: Doppelhelix, die das neue Basenpaar enthält. Rechts: Sequenz der gezeigten Doppelhelix . (Graphik: M. Minuth)

Manche DNA-Sequenzen lassen sich jedoch nur schlecht nachweisen, weil ihre Kernbasen schwache Basenpaare ausbilden. Insbesondere die Kernbase Adenin ("A" im genetischen Alphabet) bindet nur schwach an die komplementäre Base Thymin (T).

Marco Minuth und Prof. Clemens Richert vom Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart haben nun einen chemischen Ersatz für das Thymin gefunden, der eine stärkere und selektivere Basenpaarung mit Adenin eingeht und berichten darüber in der führenden Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“*). Dadurch gelingt es, ungewollte Basenkombinationen in der Doppelhelix wirkungsvoller zu unterdrücken und Fehlinterpretationen bei genetischen Analysen leichter zu vermeiden.

Man könnte meinen, dass die Natur die Basenpaarung zwischen zwei Strängen der DNA im Laufe der Evolution erschöpfend optimiert hat. Tatsächlich ist es aber so, dass die DNA in der Zelle andere Anforderungen erfüllen muss als bei diagnostischen Tests. So ist es in der Zelle notwendig, dass die Doppelhelix in bestimmten Bereichen besonders leicht zu öffnen ist, damit die genetische Information von diesem Punkt an abgelesen werden kann. Dies ist zum Beispiel unmittelbar vor dem Startcodon eines Gens (d.h. dem Sequenzabschnitt unmittelbar vor einem Leseabschnitt) der Fall, wo die beiden Stränge getrennt werden müssen, bevor einer der beiden Stränge enzymatisch abgelesen werden kann. Hier sind also schwache Basenpaare von Vorteil.

Bei diagnostischen Tests, die ohne Enzyme auskommen, erfolgt die Trennung der Stränge dagegen chemisch oder durch Aufheizen. Der nachfolgende Nachweis wird schwierig, wenn in dem nachzuweisenden Sequenzabschnitt nur schwache Duplexe mit Sondensträngen gebildet werden können. Gerade auf modernen DNA-"Chips", auf denen viele verschiedene Sequenzen gleichzeitig nachgewiesen werden sollten, ergeben sich deshalb viele "falsch negative" Auslese-Ergebnisse.

Die Gruppe von Prof. Richert von der Universität Stuttgart fand nun eine Struktur, die mit der schwer zu bindenden Kernbase Adenin nicht nur die zwei Wasserstoffbrücken bildet, die aus den von Watson und Crick beschriebenen Basenpaaren bekannt sind, sondern auch zusätzliche molekulare Kontakte eingeht. Die Struktur des Adenins wird mit einem Substituenten, der von Acetylen (einem technischen Gas) abgeleitet ist, zusätzlich "abgegriffen". Dadurch wird die Basenpaarung stärker und spezifischer. „Das ist ein wenig so, als hätte man den Bart eines Schlüssel verlängert, um eine höhere Spezifität bei der Erkennung eines Schlosses zu erreichen“, erklären die Stuttgarter Chemiker. „Dadurch gelingt es, falsche Basenkombinationen in der Doppelhelix wirkungsvoller zu unterdrücken.“

Der neue Ersatzstoff für Thymin ist ein sogenanntes "C-Nucleosid", das eine besonders feste Bindung zwischen Kernbase und Zucker besitzt. Eine Synthese für diese Substanz zu entwickeln, erwies sich als eine echte Herausforderung, die insgesamt über zehn Jahre Forschung erforderte. Nachdem die ersten kurzen DNA-Sondenstränge hergestellt werden konnten, ergaben die Messungen, dass sich das verbesserte Basenpaar sowohl beim Binden an DNA-Zielstränge als auch beim Binden an RNA-Zielstränge ausbildet. Damit hat die neue Kernbase, die die Forscher "E" (von Ethinylpyridon) nennen, das Potential, Einzug in viele diagnostische und forensische Tests zu halten.

*Marco Minuth und Clemens Richert: "A Nucleobase Analogue that Pairs Strongly with Adenine", Angewandte Chemie (2013), DOI: 10.1002/ange.201305555

Online-Version: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201305555

Kontakt:
Prof. Clemens Richert, Universität Stuttgart, Institut für Organische Chemie, Tel. 0711/685-64311,
E-Mail: lehrstuhl-2 (at) oc.uni-stuttgart.de
Andrea Mayer-Grenu, Universität Stuttgart, Abt. Hochschulkommunikation, Tel. 0711/685-82176,

E-Mail: andrea.mayer-grenu (at) hkom.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics