NATURE berichtet: Bochumer Chemiker kopieren DNA-Bausteine

Bochum, 21.11.2002
Nr. 350

DNA-Bausteine kontrolliert verdoppeln
RUB-Forscher stellen Nanobauteile her
Nature berichtet über bahnbrechende Bochumer Ergebnisse

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 (s. Abb.): 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.

Titelaufnahme

G. von Kiedrowski et al.: „Chemical copying of connectivity“ In: Nature
(London), 21. November 2002.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Günter von Kiedrowski, Lehrstuhl für Organische Chemie I,
Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel.
0234/32-23218, Fax: 0234/32-14355, E-Mail:
kiedro@ernie.orch.ruhr-uni-bochum.de

Bildunterzeile

Templatgesteuertes Tris-Linking (Links: Bausteine mit Tris-Linker
(grün). Mitte: Die einander zugewandten Enden der Einzelstränge werden
vom Tris-Linker erkannt, durch die Verknüpfung durch den Linker (rechts)
entsteht eine stabile Kopie des Templats.