Spürnase aus DNA-Bausteinen

  • 21. March 2011

Mechanische Belastbarkeit von Aptameren gibt gebundene Moleküle preis.

Eine Methode zur Detektion von Stoffen wie Antibiotika, Betäubungsmittel oder Sprengstoff haben Forscher des Max Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz entwickelt. Die Bindung des gesuchten Stoffes an den Detektor wiesen die Forscher dabei über die Reißfestigkeit von Molekülen mit stoffspezifischen Andocköffnungen nach.

Aptamere sind kurze DNA-Stränge, deren 3D-Struktur sich durch die spezifsche Basen-Abfolge gezielt beeinflussen lässt. Im einem solchen Aptamer ergeben sich individuell geformte Taschen, in die nur bestimmte Moleküle hineinpassen. „Für die meisten Moleküle, seien es Antibiotika, Kokain, TNT oder Proteine, lassen sich Aptamere mit passenden Taschen finden“, sagt Rüdiger Berger vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung. Aus den passenden Aptameren suchen die Mainzer Forscher eines heraus, welches sich so in zwei Teile schneiden lässt, dass das in der Tasche gebundene Zielmolekül eine Brücke zwischen den beiden Hälften bildet. Für ihre ersten Versuche mit dem Universaldetektor haben die Forscher als Adenosinmonophosphat (AMP) und ein Aptamer gewählt, das Taschen für zwei AMP-Moleküle besitzt.

Analyt-Moleküle, hier AMP, binden an dafür geeignete Stellen eines Aptamers, wodurch sich dessen Zugfestigkeit erhöht.

Abb.: Analyt-Moleküle, hier AMP, binden an dafür geeignete Stellen eines Aptamers, wodurch sich dessen Zugfestigkeit erhöht. (Bild: R. Berger / MPI für Polymerforschung)

Dann verankern sie die eine Hälfte des geteilten Aptamers an der Spitze eines Rasterkraftmikroskopes und die andere auf einer Unterlage. Wenn sie nun die Spitze senken und die Hälften in Kontakt kommen, bilden sich  Wasserstoffbrücken-Bindungen zwischen Basen der beiden Aptamer-Hälften. Wird die Spitze zurückgezogen reißen die Hälften bei einer bestimmten Kraft (im Mittel bei etwa 12 pN) auseinanderreißen.

In einem zweiten Versuch haben die Forscher dem System vor dem Auseinanderziehen Adenosinmonophosphat (AMP) hinzugefügt. Dadurch setzen sich zwei AMP-Moleküle in die freien Taschen. Beide bilden dabei Wassserstoffbrückenbindungen mit beiden Aptamer-Hälften aus und verstärken den Zusammenhalt der beiden Teile. Sie reißen daher erst bei einer deutlich größeren – etwa 39 pN – Kraft ab.

Das Wissen um Aptamere und ihre Bindungseigenschaften hat großes Anwendungspotenzial. Die DNA-Stücke werden schon heute für Umweltanalytik und in der medizinischen Diagnostik eingesetzt. Ihre Einsatzgebiete als molekulare Werkzeuge und Bausteine könne sich dank neuer Erkenntnisse mit der neuen Methode noch erweitern.

MPI für Polymerforschung / KK

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