Entlarvende Fotos von DNA

Ultraempfindliche genetische Bestimmungsmethoden könnten Diagnostik und Therapie von Krankheiten revolutionieren. Alle bisherigen Verfahren sind allerdings technisch viel zu anspruchsvoll für eine breite Nutzung. Münchner Forscher um Thomas Carell haben nun eine sehr einfache Methode entwickelt, die auf dem Verstärkungsprozess der Schwarzweiß-Fotografie beruht. Wie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, ließe sich DNA damit prinzipiell bis in den Attomolbereich (10-18 mol, ein Trillionstel mol) detektieren.

Bei der Schwarzweiß-Fotografie wird Licht von den Silberbromid-Kriställchen einer lichtempfindlichen Schicht eingefangen. Dabei entstehen Häufchen aus Silberatomen. Bei der anschließenden Entwicklung katalysieren diese die Reduktion der Silberionen des gesamten Kristalls zu elementarem Silber. Das Fotopapier wird an dieser Stelle schwarz. Im Prinzip kann dieser Prozess einen Verstärkungsfaktor von hundert Milliarden (1011) erreichen.

Einfaches Fotopapier reagiert nur auf UV- und Blaulicht, nicht auf rotes Licht. Damit auch rote Objekte abgebildet werden können, muss dem Fotopapier ein fotografischer Sensibilisator zugegeben werden. Dies nützen die Forscher aus, um DNA zu „fotografieren“: Sie knüpften eben solche Sensibilisatoren an die nachzuweisenden kurzen DNA-Schnipsel. Unter Dunkelkammerbedingungen träufelten sie die DNA-Lösung auf rotunempfindliches Fotopapier und bestrahlten es mit rotem Licht. Nach dem Entwickeln waren mit dem bloßen Auge überall dort tiefschwarze Flecken erkennbar, wo die DNA-Lösung das Papier benetzt hatte.

Um zu beweisen, dass sich auch Pathogene fotografisch entlarven lassen, wählte das Team einen DNA-Strang, der in seiner Mitte das komplementäre Gegenstück zu einer kurzen Sequenz aus dem Erbgut des Pesterregers enthält. Die beiden zueinander komplementären Endstücke binden aneinander und zwingen den Strang in eine Haarnadelform. An ein Ende dieser „Sonde“ knüpften die Forscher einen Fluoreszenzfarbstoff, an das andere einen Fluoreszenzlöscher. Wenn in der Haarnadelform Farbstoff und Löscher nahe beieinander sind, wird die Fluoreszenz gelöscht. Ist die Pest-DNA in der Probe, bindet das Mittelstück der Sonde daran, die Haarnadel geht auf und streckt sich, so dass Farbstoff und Fluoreszenzlöscher voneinander entfernt werden – die Fluoreszenz der Sonde wird „angeknipst“ und wirkt nun sensibilisierend auf Fotopapier. Auf ein Fotopapier geträufelt und belichtet verursachen Proben mit der Sonde immer dann eine Schwärzung, wenn Pest-DNA enthalten war.

Angewandte Chemie: Presseinfo 19/2007

Autor: Thomas Carell, Ludwigs-Maximilians-Universität München (Germany), http://www.cup.uni-muenchen.de/oc/carell/group/carell/thomas.html

Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.200605023

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69495 Weinheim, Germany

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