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Ein Forschungsteam unter Kölner Leitung hat eine künstliche DNA-Base entwickelt, die nach einem neuen chemischen Prinzip funktioniert. Anders als natürliche Basen nutzt die synthetische Base Halogenbindungen und kann dennoch von einem Enzym in DNA eingebaut werden / Veröffentlichung im Journal of the American Chemical Society
Erstmals ist es gelungen, ein künstliches DNA-Basenpaar zu entwickeln, das auf einer anderen chemischen Kraft beruht als die natürliche Erbsubstanz. Während die bekannten natürlichen DNA-Bausteine durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden, setzt das neue Basenpaar auf Halogenbindungen als zentrale Anziehungskraft. Diese wirken wie winzige, präzise ausgerichtete „Andockstellen“ zwischen Molekülen. Die Studie zeigt erstmals, dass auch solche alternativen Bindungen stabile DNA-Strukturen ermöglichen. Sie wurde unter dem Titel „Investigating Halogen Bonds as Pairing Force in an Artificial DNA Base Pair“ im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
In den vergangenen Jahrzehnten wurden zahlreiche künstliche Basenpaare entwickelt, die das Prinzip der Wasserstoffbrückenbindungen nachahmen oder ergänzen. „Unser Ansatz geht einen Schritt weiter. Wir haben ein vollständig neuartiges Basenpaar konzipiert, das Halogenbindungen als alternative Anziehungskraft nutzt“, sagt Professorin Dr. Stephanie Kath-Schorr, Leiterin der Studie vom Institut für Organische Chemie der Universität zu Köln. Um dies zu erreichen, entwarf das Team spezielle chemische Bausteine, die ein Halogenatom – in diesem Fall Iod – enthalten. Mithilfe von Computersimulationen berechneten die Forschenden zunächst, wie sich diese Bausteine optimal anordnen müssen. Anschließend stellten sie die Moleküle im Labor her und testeten, ob sie sich tatsächlich gezielt miteinander verbinden. Die Experimente bestätigten, dass die neuartigen Bausteine zuverlässig zueinanderfinden und ein stabiles Paar bilden.
Besonders bemerkenswert ist, dass ein natürlich vorkommendes Enzym die künstlichen Bausteine akzeptiert. DNA-Polymerasen sind Enzyme, die als „Kopiermaschinen“ der Zelle fungieren und neue DNA-Stränge aufbauen. In den Versuchen zeigten die Forschenden, dass eine DNA-Polymerase die neu entwickelten Bausteine in eine wachsende DNA-Kette einfügen kann. Damit funktioniert das künstliche Basenpaar nicht nur im Reagenzglas, sondern auch im Zusammenspiel mit biologischen Komponenten.
„DNA ist nicht ausschließlich auf das bekannte chemische Prinzip angewiesen“, sagt Kath-Schorr. „Unsere Ergebnisse erweitern das genetische Alphabet und das Verständnis davon, wie flexibel das Molekül des Lebens tatsächlich ist.“ Langfristig könnten solche zusätzlichen DNA-Bausteine neue Möglichkeiten in der synthetischen Biologie eröffnen, etwa für die Entwicklung neuartiger diagnostischer und therapeutischer Verfahren.
Presse and Kommunikation:
Jan Voelkel
+49 221 470 2356
j.voelkel@verw.uni-koeln.de
Professorin Dr. Stephanie Kath-Schorr
Department für Chemie und Biochemie
Institut für Organische Chemie
+49 221 470 4375
skathsch@uni-koeln.de
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c23044
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Chemistry, Medicine
transregional, national
Research results
German
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