Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano-Heizplatten für DNA - Turbo-Analyse von Gendefekten

29.01.2008
In der medizinischen Forschung ist der Nachweis von DNA-Defekten ein wichtiges Thema, etwa bei der Erforschung von Erbkrankheiten. Die bisher verwendeten Untersuchungsmethoden sind allerdings sehr zeitaufwändig.

Dem Physiker Joachim Stehr und seinen Kollegen in der Arbeitsgruppe von Professor Jochen Feldmann an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München ist es nun im Rahmen der Nanosystems Initiative Munich (NIM) und in Zusammenarbeit mit der Firma Roche Diagnostics sowie Professor Thomas Klar von der Technischen Universität Ilmenau gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich Gen-Defekte in einer tausendstel Sekunde nachweisen lassen - so schnell wie nie zuvor.

Der Trick: die DNA wird mit Gold-Nanoteilchen verbunden, die mittels eines Laserpulses zu winzigen Heizplatten werden. Eine Schmelzkurve wird aufgenommen, aus der sich ablesen lässt, ob die DNA in Ordnung ist oder nicht. Die Arbeit wurde in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nano Letters" veröffentlicht.

Viele Krankheiten hängen mit fehlerhaften Sequenzen in der DNA zusammen. Diese Defekte führen als Nebeneffekt zu einer herabgesetzten Schmelztemperatur der DNA. An den Fehlstellen passen nämlich die beiden DNA-Stränge nicht genau zusammen. Daher trennen sie sich schon bei niedrigeren Temperaturen voneinander als bei einer intakten DNA. Diesen Effekt kann man zum Nachweis von DNA-Defekten nutzen, indem man die Schmelzkurve misst. Dazu isoliert man zunächst den maßgeblichen DNA-Abschnitt und vervielfältigt ihn dann in einer Polymerase-Kettenreaktion. Die DNA-Stücke werden anschließend mit Gold-Nanopartikeln verbunden. Dadurch bildet sich ein Knäuel aus DNA und Gold-Partikeln. Für die eigentliche Messung erhitzt man beim bisher üblichen Verfahren das Knäuel langsam in einem Wasserbad. Währenddessen misst man mit einem Laser die optische Absorption, das heißt die Abschwächung des Lichts. Schmilzt die DNA, lockert sich das Knäuel, und die Absorption sinkt. Ein großer Nachteil der bisherigen Methode: eine einzige Messung dauert etwa 30 Minuten. Für einen hohen Probendurchsatz ist das Verfahren nicht geeignet.

... mehr zu:
»Absorption »DNA »DNA-Defekt »Nanosystem

Dem Forscherteam ist es gelungen, ein weitaus schnelleres und einfacheres Verfahren zur Bestimmung der DNA-Schmelztemperatur zu entwickeln. Mit der neuen Methode lässt sich die eigentliche Messung in weniger als einer tausendstel Sekunde durchführen. "Vor uns hat noch niemand in so kurzer Zeit einen DNA-Defekt bestimmt" hebt Stehr hervor.

Und das ist der Trick: Statt die Probe von außen in einem Wasserbad langsam aufzuheizen, werden als Heizung die Gold-Nanoteilchen benutzt, die ja sowieso schon in der Probe enthalten sind. Alles was man dazu braucht, ist ein zusätzlicher Laser. Mit einem kurzen Licht-Impuls lassen sich die Nanoteilchen sehr schnell aufheizen. Und da sie sich in direkter Nähe der DNA-Moleküle befinden, werden auch diese sehr effektiv und schnell erwärmt. Entscheidend ist, dass der Großteil der umgebenden Lösung während der Messung nicht erhitzt werden muss. Mit einem Messlaser wird dann die zeitliche Entwicklung der Absorption ermittelt. Das Ganze kann man mit unterschiedlich intensiven Laserimpulsen durchführen und damit die Wärmezufuhr variieren. Reicht die durch den Laser-Impuls zugeführte Wärme nicht zum Schmelzen der DNA aus, ändert das System zwar seine Absorption, kehrt aber nach dem Abkühlen in seinen Ausgangszustand zurück. War der Impuls intensiv genug, löst sich das DNA-Goldknäuel, und die Absorption sinkt dauerhaft.

Stellt man die Impulsintensität so ein, dass nur eine defekte DNA schmilzt, nicht aber eine intakte, dann lässt sich mit einer einzigen Messung ermitteln, ob ein DNA-Stück einen Fehler aufweist oder nicht - und das gelingt in bisher unerreichter Geschwindigkeit. Diese neue Methode könnte der medizinischen Forschung viel Aufwand, Zeit und Geld sparen helfen. In bestimmten Fällen könnte eine schnellere DNA-Defektanalyse die Rettung von Leben bedeuten.

Auf das Messprinzip haben die Wissenschaftler bereits ein Patent angemeldet. Und Joachim Stehr möchte nach seiner Promotion zusammen mit einem Kommilitonen eine Firma gründen, um die Idee zu vermarkten. Mit regem Interesse der biotechnologischen und pharmazeutischen Industrie ist wohl zu rechnen. Denn aus dieser Richtung kam auch die Anregung zur technologischen Umsetzbarkeit. So betont Feldmann: "Ohne unsere durch die Bayerische Forschungsstiftung geförderte Kooperation mit der Firma Roche Diagnostics in Penzberg wäre uns die technologische Relevanz dieser aus der Grundlagenforschung stammenden Experimente wohl verschlossen geblieben." Maßgeblich unterstützt wurde die Arbeit durch das Exzellenz-Cluster Nanosystems Initiative Munich (NIM), das es sich zum Ziel gesetzt hat, funktionale Nanostrukturen für Anwendungen in der Medizin und in der Informationsverarbeitung zu entwickeln und zu erforschen.

Veröffentlichung:
"Gold NanoStoves for Microsecond DNA Melting Analysis",
Stehr, J., Hrelescu, C., Sperling, R.A., Raschke, G., Wunderlich, M., Nichtl, A., Heindl, D., Kürzinger, K., Parak, W.J., Klar, T.A., and Feldmann, J.,

Nano Lett., 2008, 10.1021/nl073028i

Ansprechpartner:
Professor Dr. Jochen Feldmann
Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
und Nanosystems Initiative Munich (NIM)
Tel.: +49 89 2180 3359
Fax: +49 89 2180 3441
E-Mail: feldmann@lmu.de
Dr. Peter Sonntag
Nanosystems Initiative Munich
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 89 2180 5091
Fax: +49 89 2180 5649
E-Mail: peter.sonntag@lmu.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.nano-initiative-munich.de

Weitere Berichte zu: Absorption DNA DNA-Defekt Nanosystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel
19.10.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen
19.10.2018 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

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: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

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

Ultraleichte und belastbare HighEnd-Kunststoffe ermöglichen den energieeffizienten Verkehr

19.10.2018 | Materialwissenschaften

IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel

19.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Raum für Bildung: Physik völlig schwerelos

19.10.2018 | Bildung Wissenschaft

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