Verfahren zum Aufschmelzen von DNA vereinfacht Genanalysen
Ein EU-finanziertes Forscherteam entwickelte eine einfache und kostengünstige Methode zur Denaturierung (Aufschmelzen) von DNA-Molekülen (DNA: Desoxyribonukleinsäure). Mit der neuen, im Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences beschriebenen Methode dauern Genanalysen nun nicht mehr 24, sondern nur noch 1 bis 2 Stunden, was die Erstellung genetischer Fingerabdrücke und von Krankheitsdiagnosen vereinfachen könnte. Das Projekt READNA ("Revolutionary approaches and devices for nucleic acid analysis") erhielt fast 12 Mio. EUR aus dem Themenbereich Gesundheit des Siebten Rahmenprogramms (RP7), mit dem bahnbrechende Techniken zur DNA-Sequenzierung und Bestimmung von Genotypen gefördert werden, um die Nukleinsäureanalyse zu revolutionieren. "Die Sequenzierung des menschlichen Genoms ist derzeit noch sehr teuer und aufwändig", erklärte Jonas Tegenfeldt von der Universität Lund in Schweden. Die neue Methode hingegen hat diese Nachteile nicht mehr, denn zum einen wird nur noch ein einziges DNA-Molekül benötigt, sodass zeitaufwändige Vervielfältigungen entfallen, zum anderen muss die DNA vorher weder aufgereinigt noch fragmentiert werden, sodass sich Genveränderungen auf der DNA-Sequenz ablesen lassen, ohne das komplette Genom Base für Base auslesen zu müssen. Das Verfahren ist schneller und kostengünstiger. Auch können einzelne Zellen statt einer Vielzahl amplifizierter Moleküle verglichen werden. Man hofft nun, das Verfahren routinemäßig in Krankhäusern einsetzen zu können, um festzustellen, ob jemand die Veranlagung für eine bestimmte Erbkrankheit besitzt. Genetische Barcodes sind an sich nichts Neues, mit der neuen Technik steht ein solches Bandenmuster allerdings schon nach kurzer Zeit zur Verfügung. Das Verfahren basiert auf den unterschiedlichen Schmelztemperaturen der beiden Basenpaare, aus denen das DNA-Molekül besteht. Um ein DNA-Molekül zu analysieren, müssen seine beiden Stränge zuvor aufgetrennt werden. Dabei besitzt jeder DNA-Strang eine ganz spezifische Sequenz bzw. Basenabfolge, bestehend aus den vier Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin (A, T, G und C). Zusammengehalten werden die beiden Stränge durch die Bindungen zwischen den Basenpaaren: Dabei kann A nur an T binden, G nur an C. Da nun die Bindung zwischen dem Basenpaar Guanin-Cytosin stabiler ist, ist für seine Denaturierung eine höhere Schmelztemperatur erforderlich als für das Basenpaar Adenin und Thymin. Die DNA wurde von den Forschern in eigens konstruierte Nanokammern eingefüllt und dort von ihrer normalen, gewundenen Helixform in eine ausgestreckte Form gedehnt. Die zuvor mit einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbten Chromosomen ergeben später das ganz spezifische Bandenmuster. Dann wurde das Molekül so erhitzt, dass nur die A-T-Basenpaare schmelzen, sodass sich die Sequenz relativ genau ablesen lässt: die denaturierten A-T-Basenpaare haben eine geringere Leuchtkraft und bilden die dunklen Streifen auf dem Barcode. Anhand dieses spezifischen Bandenmusters lassen sich einzelne DNA-Moleküle nun sehr leicht miteinander vergleichen. Am READNA-Konsortium sind Forscher aus 12 Forschungseinrichtungen und 6 Privatunternehmen aus ganz Europa beteiligt. Die Forschergruppe nutzt die Vorteile der Nanofabrikationstechnologie - die ursprünglich für den Einsatz in integrierten Schaltkreisen entwickelt wurde - für den Bau kleiner Nanofluidiksysteme, mit denen einzelne Moleküle analysiert und verändert werden können. Das Barcode-Verfahren wurde inzwischen patentiert und könnte in vielen medizinischen Bereichen eingesetzt werden, wie etwa zur Diagnose von Viren- oder Bakterienerkrankungen. Dr. Tegenfeldt zufolge können wir "aber auch herausfinden, ob etwas im menschlichen Genom nicht stimmt, weil wir sehen können, ob ein Teil des Chromosoms sich beispielsweise verschoben hat, wie es bei bestimmten Krankheiten der Fall ist."
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