Elektrochemische Detektion zur unkomplizierten Detektion von "Treffern" auf DNA-Chips
Beim Einen wirkt das Medikament prima, beim Anderen gar nicht, ein Dritter leidet unter Nebenwirkungen - oft entscheiden winzige Unterschiede in einem oder mehreren Genen über die individuelle Reaktion auf eine Arznei. Feine Genvariationen sind es auch, die etwa Mikroorganismen Resistenzen gegenüber Antibiotika verleihen oder aus gesundem Gewebe einen Tumor machen. DNA-Chips helfen, solchen Zusammenhängen auf die Spur zu kommen und vielleicht auch bald, routinemäßig für jeden Patienten die passende Medikation zu finden. Deutsche Forscher haben nun eine hochsensitive elektrochemische Methode entwickelt, um solche Chip-Tests rasch und unkompliziert auszuwerten.
Ein DNA-Chip trägt eine große Zahl an einzelsträngigen DNA-Bruchstücken mit genspezifischen Nucleinsäuresequenzen. Diese DNA-Fragmente wirken wie Leimruten (Fänger), wenn das passende - gesuchte - DNA-Gegenstück (Target) in der aufgegebenen Probelösung vorhanden ist: Der komplementäre DNA-Strang aus der Probe dockt an und verbindet sich mit der Leimrute zu einer doppelsträngigen DNA-Helix ("Hybridisierung"). Aber welche der Leimruten sind aktiv geworden? Klassische Verfahren arbeiten meist spektroskopisch mit spezifischen fluoreszierenden Markern, mit denen Fänger oder Target markiert wird. Dass es einfacher auch ohne Fluoreszenzmarkierung geht, befanden die Forscher um Wolfgang Schuhmann, Universität Bochum, und Gerhard Hartwich, FRIZ Biochem, München, und wählten einen elektrochemischen Ansatz: Die winzige scheibenförmige Elektrode eines elektrochemischen Rastermikroskops fährt die Chipoberfläche aus beschichtetem Gold in sehr geringem Abstand ab. In der umgebenden Lösung sind negativ geladene Eisencyanid-Komplexe enthalten, deren dreiwertige Eisenionen an der Mikroelektrode in zweiwertige umgewandelt werden. An der der Mikroelektrode gegenüberliegenden leitfähigen Goldoberfläche werden diese dann wieder zu dreiwertigem Eisen recycelt und es stellt sich ein Strom ein, der über den "Pendelverkehr" der beteiligten Eisen-Spezies zwischen Elektrode und Chip bestimmt ist. Ist die Oberfläche mit einzelsträngiger DNA bedeckt, werden die negativ geladenen Komplexe von den ebenfalls negativen Phosphatgruppen des DNA-Rückgrates abgestoßen und kommen schlechter an die Goldoberfläche: Das Recycling verlangsamt sich, der Stromfluss nimmt ab. Gelangt die Elektrode an einen Bereich mit doppelsträngiger DNA, stehen die Eisenkomplexe einer wesentlich größeren Armada von abstoßenden Phosphaten gegenüber. Das Ausmaß des Redoxrecycling verlangsamt sich weiter, eine deutliche Abnahme des Stroms wird - ortsabhängig - registriert und identifiziert so die Stellen, an denen DNA aus der Probe gefangen ist, also eine Hybridisierung stattfand.
Das Team hat auch schon eine Idee, wie eine simple, kostengünstige Umsetzung für die Diagnostik aussehen könnte: Eine Anordnung vieler individuell ansteuerbarer Mikroelektroden könnte in eine Deckelplatte für den DNA-Chip integriert werden. Einfach zuklappen, und jede Elektrode sendet ein Stromsignal, das Auskunft über "ihren" Messpunkt, den gegenüberliegenden DNA-Spot, liefert.
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Diagnostik
Die Diagnostik ist das Herzstück der modernen Medizin und bildet in der Biotech- und Pharmabranche eine entscheidende Schnittstelle zwischen Forschung und Patientenversorgung. Sie ermöglicht nicht nur die frühzeitige Erkennung und Überwachung von Krankheiten, sondern spielt auch eine zentrale Rolle bei der individualisierten Medizin, indem sie gezielte Therapien basierend auf der genetischen und molekularen Signatur eines Individuums ermöglicht.
Themenwelt Diagnostik
Die Diagnostik ist das Herzstück der modernen Medizin und bildet in der Biotech- und Pharmabranche eine entscheidende Schnittstelle zwischen Forschung und Patientenversorgung. Sie ermöglicht nicht nur die frühzeitige Erkennung und Überwachung von Krankheiten, sondern spielt auch eine zentrale Rolle bei der individualisierten Medizin, indem sie gezielte Therapien basierend auf der genetischen und molekularen Signatur eines Individuums ermöglicht.
Zuletzt betrachtete Inhalte
Analytica 2020: Weltweit größte virtuelle Messe für Analytik, Labortechnik und Biotechnologie - Marktzahlen: Deutsche Laborbranche im Coronavirus-Jahr mit Gewinnern und Verlierern
Neue Erkenntnisse zu Ötzis genetischer Geschichte
40 Jahre Shimadzu Europa: Neue Technologien und stetig neues Denken - Vom fünfköpfigen Team zum europaweiten Netzwerk
Neue Kontrastmittel für die Krebsdiagnostik
Wilde Gene gegen Stress - Genom der Wildtomate Solanum pennellii gibt Aufschluss über die Ursachen der extremen Stresstoleranz dieser Tomatenart
QIAGEN und Center for Molecular Medicine vereinbaren Zusammenarbeit zur Erforschung molekulardiagnostischer Marker
Ein schärferes Bild von Proteinen - Neue Technik verspricht eine Revolution bei der Darstellung von Proteinen und anderen lebenswichtigen Biomolekülen
Rolf Preuß übernimmt Marketingleitung bei CHEMIE.DE - Europas führendes Informationsportal für Chemie, Life Sciences und Analytik baut seine Position im B2B Marketing weiter aus
Köln wird deutsches Zentrum der Beschleuniger - Massenspektrometrie
