Chemiker kopieren DNA-Strukturen

25.11.2002

Bochumer Chemikern um Prof. Dr. Günter von Kiedrowski ist es erstmals gelungen, einen verzweigten DNA-Baustein mit drei Armen zu kopieren: DNA-Einzelstränge lagern sich an die einzelnen Arme an, ein zusätzliches Molekül, das an den einander zugewandten Enden andockt, erzeugt eine stabile Kopie des Bausteins. Mit dieser Methode lassen sich große Mengen solcher Nanobausteine herstellen, mit denen Nanoobjekte, wie z.B. ein Tetraeder, aufgebaut werden können. Über die Ergebnisse berichtet das Forschungsmagazin NATURE in seiner Ausgabe vom 21. November 2002.

DNA geht einfachste vorhersagbare Bindungen ein

Die Rolle der DNA als Träger des genetischen Codes ist nicht nur auf biologische Systeme beschränkt: So setzen Wissenschaftler sie z. B. in der Nanotechnologie ein um Strukturelemente im Nanometerbereich herzustellen. Dafür eignet sich die DNA deshalb so gut, weil sich ihre Bestandteile, die Basen, vorhersagbar an die jeweils komplementären Partner binden (Watson-Crick Basenpaarung).

Stabile Kopien von Nano-Bausteinen

Diesen Effekt machten sich nun die Forscher für das so genannte "Tris-Linking" zunutze: Sie nahmen als Ausgangsprodukt einen DNA-Baustein aus drei einzelnen Strängen, die in der Mitte durch ein verbindendes Molekül zusammengehalten werden. In der Natur kommen solche Formationen nicht vor. Diesem Gebilde fügten sie drei einzelne, verschiedene DNA-Stränge hinzu (A, B, C). Diese steuerten nun zielstrebig ihren jeweils komplementären Partnerstrang an und wurden so an die Vorlage (das Templat) gebunden. Um die Kopie des Ur-Bausteins zu generieren, fügten die Forscher wiederum ein verbindendes Molekül - den so genannten Tris-Linker - hinzu, das an die einander zugewandten Enden der drei Stränge andockte. Die Kopie des Templats lässt sich nun als Ganzes von der Vorlage lösen: Es entsteht wiederum ein dreiarmiges Gebilde, das genau die unterschiedlichen Arme A, B und C enthält. Bei einer ungesteuerten Synthese ohne Templat wären hingegen zehn unterschiedliche Produkte (AAA, AAB, AAC, usw.) entstanden.

Nanomaschinen bauen

Dieses Verfahren kann als Schlüsselschritt für die Replikation von sog. Nanomaschinen gesehen werden. Eine Nanomaschine setzt sich dann aus mehreren Nanobausteinen zusammen, ihre Eigenschaften werden durch eine zusätzliche Funktionalisierung der DNA-Bausteine mit z.B. Peptiden bestimmt. Solche Nanomaschinen können z. B. auf molekularer Ebene Zellen erkennen. In ferner Zukunft wollen die Forscher sie z. B. in der Medizin als Diagnose- oder Reparaturinstrument einsetzen.

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