Forscherinnen entwickeln künstliche Bausteine des Lebens

Strukturvergleich der DNA und der künstlichen TNA, einer Xenonukleinsäure mit den natürlichen Basenpaaren AT und GC und einem zusätzliches Basenpaar (XY).
(c) Stephanie Kath-Schorr

Kölner Wissenschaftlerinnen haben erstmals künstliche Nukleotide, die Bausteine der DNA, mit mehreren zusätzlichen Eigenschaften im Labor hergestellt, die künftig als künstliche Nukleinsäuren therapeutische Anwendungen finden können / Veröffentlichung im „Journal of the American Chemical Society“.

Die DNA, die die Erbinformation aller Lebewesen trägt, besteht aus nur vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleotiden. Der klassische Aufbau dieser Nukleotide ist dreigeteilt: eine Zuckergruppe, eine Phosphatgruppe, sowie eine der vier Nukleobasen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Die Nukleotide sind millionenfach aneinandergereiht und bilden durch ihre Verbindungen die DNA-Helix-Struktur, ähnlich einer Wendeltreppe. Kölner Wissenschaftlerinnen des Departments für Chemie haben nun gezeigt, dass die Struktur der Nukleotide im Labor stark verändert werden kann. Die Forschenden entwickelten sogenannte Threonukleinsäuren (TNA) mit einem neuen, zusätzlichen Basenpaar. Dies sind die ersten Schritte auf dem Weg zu völlig künstlichen Nukleinsäuren mit erweiterten chemischen Funktionalitäten. Die Studie wurde unter dem Titel „Expanding the Horizon of the Xeno Nucleic Acid Space: Threose Nucleic Acids with Increased Information Storage“ in der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

Künstliche Nukleinsäuren unterscheiden sich im Aufbau zu ihren Originalen. Diese Veränderungen haben Auswirkungen auf Stabilität und Funktion der Nukleinsäuren. „Unsere Threonukleinsäure ist stabiler als die natürlich vorkommenden Nukleinsäuren DNA und RNA, was viele Vorteile für künftige therapeutische Nutzung bringt“ sagt Professorin Dr. Stephanie Kath-Schorr. Für die Studie wurde der 5-Fach Zucker Desoxyribose, der das Rückgrat in DNA bildet, durch einen 4-Fach Zucker ausgetauscht. Zusätzlich wurde die Anzahl der Nukleobasen von vier auf sechs erhöht. Durch den Austausch des Zuckers wird die TNA nicht von den zelleigenen Abbauenzymen erkannt. Dies war bisher ein Problem bei Nukleinsäure-basierten Therapeutika, da synthetisch hergestellte RNA, die in eine Zelle geschleust wird, schnell abgebaut wird und ihre Wirkung verliert. Die Einbringung von TNAs in Zellen, die unentdeckt bleiben, könnte die Wirkung nun länger aufrechterhalten.

„Außerdem ermöglicht das eingebaute unnatürliche Basenpaar alternative Bindungsmöglichkeiten an Zielmoleküle in der Zelle“, ergänzt Hannah Depmeier, Erstautorin der Studie.

Kath-Schorr ist sich sicher, dass solch eine Funktion insbesondere Anwendung in der Entwicklung neuer Aptamere, kurzen DNA- oder RNA-Stücken genutzt werden kann, die zur gezielten Steuerung zellulärer Mechanismen verwendet werden können. Auch für den gezielten Transport von Medikamenten zu bestimmten Organen im Körper (targeted drug delivery) sowie in der Diagnostik könnten TNAs angewendet werden und etwa bei der Erkennung von Virusproteinen oder Krankheitsmarkern nützlich sein.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Stephanie Kath-Schorr
Department für Chemie
+49 221 470 4375
skathsch@uni-koeln.de

Originalpublikation:

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c14626

Weitere Informationen:

https://portal.uni-koeln.de/universitaet/aktuell/presseinformationen/detail/fors…

Media Contact

Anna Euteneuer Kommunikation und Marketing

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Kohlenstoffatom-Transfer

Chemiker der TU Dortmund veröffentlichen aktuelle Erkenntnisse in Science. Prof. Max Martin Hansmann von der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund und sein Team haben ein neues…

Mittels KI: Genauere Prognosen für bestmögliche Therapien

In Zukunft werden personalisierte medizinische Diagnosen auf großen Datenmengen basieren. Ärzte werden viele „Biomarker“ messen, um Erkrankungen zu bestätigen oder auszuschließen. Dabei werden viele Daten gesammelt, welche aber auch Fehlinformationen…

Wertstoffe aus Abfall

EU-Projekt Circular Flooring wandelt gebrauchte PVC-Böden in weichmacherfreie Rezyklate um. Nach fünf Jahren intensiver Forschungsarbeit liefert das Circular-Flooring-Konsortium den Beweis, dass die Produktion von weichmacherfreien PVC-Rezyklaten aus alten Weichfußbodenbelägen möglich…

Partner & Förderer