Ein amerikanisches Forscherteam der Northwestern-Universität im US-Bundesstaat Illinois hat eine neue, auf herkömmlichen elektrischen Mikroelektroden basierende Methode zur DNA-Untersuchung entwickelt. Ihr Verfahren kann die Basensequenz der zu untersuchenden DNA-Abschnitte auf einem Chip mittels komplementären Probestücken auf eine einzelne Base genau bestimmen. Darüber berichtet das Fachmagazin Science. Diese neu entwickelte Form der DNA-Erkennung ist sowohl genau als auch einfach und schnell durchführbar und eignet sich daher für die Erkennung gefährlicher Krankheitserreger und biologischer Kampfstoffe.
Das von dem Team um Chad Mirkin entwickelte Verfahren beruht, wie die meisten herkömmlichen Verfahren, auf der Wechselwirkung zwischen dem zu bestimmenden DNA-Abschnitt (dem “Target”) und definierten Probe-DNA-Abschnitten. In einem als komplementäre Paarbindung bezeichneten Prozess bindet die Target-DNA genau an den zu ihrer Basensequenz komplementären Proben-DNA-Strang. Wenn die Paarbindung sichtbar ist, sehen die Forscher an welcher Proben-DNA die Target-DNA gebunden ist – die Basensequenz der Target-DNA ist bestimmt.
In ihrem Experiment platzierten die Forschen die Probe-DNA-Stücke zwischen jeweils zwei Mikroelektroden und brachten anschließen die Target-DNA sowie mit kurzen Basenfragmenten überzogene Goldnanoteilchen auf der Oberfläche des Chips auf. Eine komplementäre Paarbindung der Target-DNA mit einem Probestück führte nun zu einer Ablagerung der Goldnanoteilchen auf dem neu gebildeten DNA-Doppelstrang. Mittels eines photographischen Verfahrens haben die Wissenschaftler die Goldnanoteilchen mit einer Silberschicht überzogen. Die Silberschicht leitet, bei einer zwischen den beiden Mikroelektroden angebrachte Spannung, Strom – eine erfolgreiche Doppelpaarbildung macht sich damit als ein Stromfluss bemerkbar.
Diese elektrische Erkennungsmethode ist so exakt, dass mit ihr Basensequenzen bis auf die jeweilige Base erkannt werden können. Damit ist sie den bisherigen, auf fluoreszierenden Farbstoffen basierenden Methoden zur Erkennung der Doppelpaarbildung, überlegen. Zudem ist sie einfach und schnell durchzuführen und könnte damit bei medizinischen Noteinsätzen vor Ort Anwendung finden. Die Forscher zeigten in ihrer Arbeit als praktisches Beispiel die Erkennung der Erbgutsequenz des Milzbranderregers auf.
Stefan Maier
