Eine schnelle, einfach zu bedienende DNA-Amplifikationsmethode bei 37°C
Studie könnte molekulare Diagnose und Robotik voranbringen
Wissenschaftler in Japan haben eine Methode zur Amplifikation von DNA in einer Größenordnung entwickelt, die für den Einsatz in den aufstrebenden Bereichen DNA-basiertes Computing und Molekularrobotik geeignet ist. Durch den hochempfindlichen Nukleinsäurenachweis könnte das Verfahren die Krankheitsdiagnostik verbessern und die Entwicklung von Biosensoren, beispielsweise für Lebensmittel- und Umweltanwendungen, beschleunigen.
Ein DNA-Strang (lila) primiert die exponentielle Amplifikation von DNA (rot) als Signale zur Steuerung der Lichtemission von DNA-Nanodeveices.
Organic and Biomolecular Chemistry
Forscher des Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), der Abbott Japan Co. und der University of Electro-Communications, Japan, berichten über einen Weg zur millionenfachen DNA-Amplifikation und gezielten Hybridisierung, die bei Körpertemperatur (37°C/98.6°F) funktioniert.
Die Methode mit dem Namen L-TEAM (Low-TEmperature AMplification) ist das Ergebnis von mehr als fünf Jahren Forschung und bietet mehrere Vorteile gegenüber der traditionellen PCR, der dominanten Technik zur Amplifikation von DNA-Segmenten von Interesse.
Mit seinem einfach zu bedienenden, eintopfigen Design erübrigt L-TEAM Heiz- und Kühlstufen und spezielle Geräte, die üblicherweise mit der PCR verbunden sind. Das bedeutet, dass es sich um eine effiziente, kostengünstige Methode handelt, die die Denaturierung von Proteinen verhindern und damit einen neuen Weg zur Echtzeitanalyse lebender Zellen eröffnen kann.
In ihrer in der Zeitschrift Organic & Biomolecular Chemistry veröffentlichten Studie führten die Forscher synthetische Moleküle, so genannte locked nucleic acids (LNAs), in die DNA-Stränge ein, da diese Moleküle bekanntlich zu einer höheren Stabilität während der Hybridisierung beitragen.
Die Zugabe von LNA führte zu einem unerwarteten, aber vorteilhaften Ergebnis. Das Team beobachtete ein reduziertes Maß an "Leck"-Amplifikation, eine Art unspezifischer Amplifikation, die in DNA-Amplifikationsstudien seit langem ein Thema ist, da sie zu einem Fehler in der Krankheitsdiagnose führen kann, d.h. zu einem falschen Positiv.
"Wir waren überrascht, den neuartigen Effekt von LNA bei der Überwindung des häufigen Leckproblems bei DNA-Amplifikationsreaktionen zu entdecken", sagt Ken Komiya, Assistant Professor an der Tokyo Tech's School of Computing. "Wir planen, die Mechanismen der Leckageverstärkung im Detail zu untersuchen und die Empfindlichkeit und Geschwindigkeit des L-TEAM weiter zu verbessern."
In naher Zukunft könnte das Verfahren zum Nachweis kurzer Nukleinsäuren wie der microRNA für die medizinische Diagnostik eingesetzt werden. Insbesondere könnte es die Durchführung von Point-of-Care-Tests und die frühzeitige Erkennung von Krankheiten erleichtern. MicroRNAs werden heute zunehmend als vielversprechende Biomarker für die Krebserkennung anerkannt und können den Schlüssel zur Aufdeckung vieler anderer Aspekte der Humanmedizin und Umweltwissenschaften darstellen.
Darüber hinaus erklärt Komiya, dass L-TEAM den Weg für den praktischen Einsatz von DNA-Computing und DNA-gesteuerter Molekularrobotik ebnet. "Die ursprüngliche Motivation hinter dieser Arbeit war der Bau eines neuartigen verstärkten Moduls, das für den Aufbau fortschrittlicher molekularer Systeme unerlässlich ist", sagt er. "Solche Systeme könnten Einblicke in das Funktionsprinzip von Lebewesen geben."
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