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Statusseminar "Chiptechnologie für DNA-Diagnostik und Sequenzanalyse"
am 25. - 26.01.1999 DECHEMA-Haus, Frankfurt am Main
Das Funktionsprinzip der Biochips besteht darin, daß auf kleinen Elektroden eine "Bibliothek" bekannter DNA-Sequenzen (Oligonucleotide) fixiert sind. Existieren in der Probe DNA-Bruchstücke, die zu denen auf dem Chip komplementär sind, binden sie mit diesen. Dadurch können die DNA-Bruchstücke identifiziert werden. Wie aber erkennt der Untersuchende - sei es der Arzt oder der Pharmazeut - an welche der Tausende von Genabschnitten auf der pfenniggroßen Elektrode seine zu untersuchende DNA gebunden ist? An diesem Problem arbeiten auch in Deutschland einige Forschungsteams, die zuverlässige und preisgünstige Detektionsverfahren suchen.
Fluoreszenz
Das derzeit gängigste Verfahren zur Detektion beruht auf dem Prinzip der Fluoreszenz. Dabei wird die zu untersuchende DNA mit fluoreszenten Stoffen markiert. Bindet die DNA durch Basenpaarung an den Chip, so kann man durch Art (Wellenlänge) und Ort der Fluoreszenz auf dem Chip erkennen, um welche DNA-Sequenz es sich handelt. Durch Messung der Intensität der Fluoreszenz können quantitative Aussagen getroffen werden.
Die Markierung der Proben-DNA kann ebenso mit radioaktiven oder chemolumineszenten Stoffen erfolgen.
Massenspektrometrie
Ein massenspektrometrisches Verfahren, das sich zur Vermessung der DNA-Stücke auf dem Chip eignet, haben C. Cantor et al. entwickelt. Das MALDI-Verfahren (Matrix Assisted Laser Desorption) löst mit Laserenergie die DNA von der Matrix (vom Chip), die Moleküle werden dann anhand ihrer Flugzeit (Time Of Flight) im Massenspektrometer detektiert. Die Methode erlaubt eine große Anzahl von Messungen in kurzer Zeit und ist sehr empfindlich: Proben im fmol-Bereich können leicht vermessen werden.
Elektrische DNA-Chiptechnologie
Diese Methode wird weltweit nur von wenigen Gruppen mit Marktorientierung bearbeitet, da vorab wie allgemein in der Si-Technik große technologische und finanzielle Aufwendungen erforderlich sind. Sie bietet aber eine interessante Perspektive, da es sich hier um ein elegan-tes und schnelles Verfahren ohne Umweg über optische Komponenten handelt. Der deutsche unikale Ansatz verwendet 0,1 - 0,7µm Ultramikroelektroden auf Si-Chips auf denen verschiedene DNA-spezifische Fängermöleküle verankert sind. Bindet Proben-DNA an einer spezifisch adressierbaren Fängerposition auf dem Chip, kann dieser Vorgang qualitativ durch Zweipolimpedanz gemessen werden. Eine quantitative Messung ist möglich, wenn die Proben-DNA vor oder nach Fängerbindung mit Enzymen markiert wird, die elektrodenaktive Redoxmoleküle produzieren.
Fluoreszente Microbeads
Ein Verfahren, das sich in der Praxis durch geringen Geräteaufwand und leicht Anpassung an spezifische Probleme auszeichnen könnte, haben K.J. Lackner et al. von der Universitätsklinik Regensburg entwickelt. Dabei werden die Nukleotide nicht auf Chips (Arrays)aufgetragen, sondern auf Microbeads. Diese Beads sind mit verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffen mit verschiedener Intensität markiert, so daß -je nach Bedarf- auf den so unterscheidbaren Beads spezielle DNA-Sequenzen fixiert werden können. Nach Hybridisierung mit ebenfalls markierter Proben-DNA können die Mikrobeads einfach im Durchflußcytometer vermessen werden. Die für diese Methode benötigte Technologie ist auch für immuno-chemische Methoden verwendbar, so daß der finanzielle Aufwand hier geringer bleibt. Bei der Automatisierung des Verfahrens kann auf altbekannte Techniken zurückgegriffen werden.
Criteria of this press release:
Biology, Information technology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Miscellaneous scientific news/publications, Scientific conferences
German
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