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 Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen
20.07.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Erwiesen: Mücken können tropisches Chikungunya-Virus auch bei niedrigen Temperaturen verbreiten
20.07.2018 | Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

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: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

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

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

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