Einem Forscherteam der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen ist es gelungen, Veränderungen in einzelnen Abschnitten des menschlichen Erbgutes mittels Terahertzwellen aufzuspüren. Diese neue Spektroskopiemethode ist schneller und genauer als bisherige in der Biotechnologie und Medizin angewandte Techniken und verspricht vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Die Wissenschaftler berichten über ihre Arbeit im Fachmagazin Applied Physics Letters (Band 80 Seite 154).
Das Team um Michael Nagel untersucht in seiner Arbeit einen DNA-Abschnitt auf Veränderungen mit Hilfe eines sogenannten Genchips. Dieser Chip besteht aus einer mit einsträngigen DNA-Stücken mit bekannter Basensequenz versehenen Oberfläche. Wenn das zu untersuchende Stück DNA auf diesen Chip gebracht wird, so bindet es an den zu seiner Basensequenz komplementären Strang der Oberfläche. Wenn der Ort der Paarbindung bestimmt werden kann, ist damit auch die Sequenz des zu untersuchenden Stranges bestimmt.
Um nun diese komplementäre Bindung sichtbar zu machen und damit die Identifizierung der Basensequenz zu ermöglichen, bestrahlte das Aachener Team den Chip mit elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz im Terahertzbereich. Derartige Wellen weisen eine Wellenlänge von mehreren Zehntel Millimetern auf und sind damit an der Grenze zwischen dem infraroten und dem Mikrowellenbereich des Spektrums angesiedelt. Diese elektromagnetischen Wellen regen nun eine Vibrationsschwingung komplementär gebundener DNA-Stränge an ? und die damit verbundene Absorptionslinie kann in einem Spektroskopieexperiment mit hoher räumlicher Auflösung sichtbar gemacht werden. Damit ist der Ort der Paarbindung bestimmt.
In bisherigen Experimenten wurde die komplementäre Paarbindung zweier DNA-Stränge zumeist mittels fluoreszierenden Molekülen ? sogenannten “Markern” ? sichtbar gemacht. Diese Methode ist allerdings nicht besonders flexibel, und derartige Experimente nehmen zudem eine relativ große Zeit in Anspruch. Auch ist die räumliche Auflösung und damit die Präzision der Erkennung der Paarbindung beschränkt. Die auf Terahertzwellen basierende Spektroskopiemethode umgeht die Schwierigkeit des Einbringens von Fremdmolekülen und ist damit viel genauer.
Terahertzwellen werden bereits seit längerer Zeit zur Untersuchung astronomischer Objekte eingesetzt ? deren Anwendung in der Material- und in der biologischen Forschung ist allerdings eine relativ neue Disziplin.
Stefan Maier
