28.06.2005
Gold-Nanopartikel verbessern Empfindlichkeit und Spezifität genetischer Analytik und Diagnostik
Auch wenn sie nicht glänzen, so sind sie doch Gold wert: Nanoskopische Partikel aus Gold werden für eine ganze Reihe technischer und wissenschaftlicher Zwecke eingesetzt. Nun kommt ein weiteres Einsatzgebiet für die goldigen Zwerge hinzu. Chinesische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), Basis für moderne genetische Untersuchungsmethoden, in Anwesenheit von Gold-Nanopartikeln deutlich besser funktioniert.
Wie aus Krimis bestens bekannt, können einige Hautschüppchen unter den Nägeln des Opfers oder Speichelreste am Kleberand des Erpresserbriefs einen Täter entlarven. Die darin enthaltene winzige Menge an Erbmaterial reicht, um einen genetischen Fingerabdruck zu erzeugen und ihn anhand von Vergleichsproben zweifelsfrei einer Person zuzuordnen. Der PCR gebührt die Ehre dabei: Mit Hilfe dieser enorm leistungsfähigen Technik kann das komplette Erbgut oder eine ausgewählte Region daraus wieder und wieder kopiert werden. Innerhalb weniger Stunden lässt sich eine Menge herstellen, die ausreicht, um eine Vielzahl von biotechnologischen und medizinischen Tests durchzuführen. Die PCR leistet nicht nur in der Forensik, sondern auch in der Forschung und Diagnostik unverzichtbare Dienste, etwa bei der Identifizierung und Quantifizierung von Krankheitserregern.
Und so funktioniert die PCR: Das Erbgut liegt in Form von DNA-Doppelsträngen vor, die zunächst in Einzelstränge gespalten werden. Ein Segment der zu untersuchenden DNA-Sequenz wird mit einem kurzen synthetischen Stückchen einzelsträngiger DNA, dem Primer, markiert. Ausgehend vom Primer macht sich dann ein Enzym daran, den Strang Baustein für Baustein zu kopieren. Dieses Prozedere - Spalten in Einzelstränge und Kopieren - wird wieder und wieder durchlaufen. Bei jedem Kopierzyklus verdoppelt sich die DNA-Menge. Dabei treten allerdings Fehler auf, die sich in den Folgekopien fortsetzen und Empfindlichkeit und Spezifität beeinträchtigen. Hier setzen nun Chunhai Fan, Jun Hu, Zhizhou Zhang und ihr Team an: Ihr Nanogold bindet wesentlich fester an einzelsträngige als an doppelsträngige DNA. Dieser Effekt scheint dafür verantwortlich zu sein, dass der PCR in Anwesenheit von Goldpartikeln weniger Fehler unterlaufen und die Ausbeute verbessert wird. Damit reichen noch geringere DNA-Mengen als Ausgangsmaterial.
Die Hintergründe sind noch nicht umfassend geklärt. Offenbar gibt es aber eine Analogie zu einem natürlichen Fehlervermeidungssystem: Das Protein SSB bindet in der Zelle an einzelstängige, nicht aber an doppelsträngige DNA und verhindert dabei Fehlpaarungen zwischen dem zu kopierenden Strang und dem natürlichen Primer.
Quelle: Angewandte Chemie