Studie untersucht Grenzen der DNA-Struktur und -Funktion und könnte die Verwendung modifizierter DNA in der Medizin erweitern

Ein Team unter der Leitung von Professor Michal Hocek am IOCB Prag hat die Grenzen der Struktur und Funktion der DNA erforscht und bekannte Grenzen erfolgreich verschoben. Ihre neuesten Forschungsergebnisse wurden gerade veröffentlicht veröffentlicht In Nukleinsäureforschung.

Sie beweisen, dass selbst stark veränderte Doppelhelices der DNA stabil genug sind, um für spezielle Anwendungen eingesetzt zu werden. Diese Entdeckung könnte die Möglichkeiten der Nutzung veränderter DNA beispielsweise in der Medizin erweitern.

DNA besteht aus zwei langen negativ geladenen Ketten, die zusammenhalten, obwohl sie sich gegenseitig abstoßen. Möglich wird dies durch sogenannte Stapelinteraktionen und Basenpaarungen. Hocek und seine Kollegen erweiterten die bekannten Grenzen, als sie die DNA veränderten, indem sie jedem Buchstaben des genetischen Codes eine zusätzliche negative Ladung hinzufügten.

Dadurch verdoppelten sich die Abstoßungskräfte, die DNA-Doppelhelix blieb jedoch stabil. Sie fanden auch heraus, dass solch veränderte DNA nicht nur zusammenhält, sondern auch mithilfe des Enzyms DNA-Polymerase synthetisiert oder repliziert und sequenziert werden kann.

„Stellen Sie sich DNA als ein Gerüst vor, an dem Sie verschiedene chemische Verbindungen mit unterschiedlichen Funktionen anbringen können. Dabei handelt es sich um kleine Moleküle, etwa Seitenketten von Aminosäuren, die natürlicherweise nur in Peptiden und Proteinen vorkommen“, sagt Hocek.

„In der aktuellen Medizin können wir diese Moleküle nur in relativ begrenztem Umfang nutzen. Der Grund dafür ist, dass sie ausgesprochen instabil sind und im Inneren eines Organismus schnell abgebaut werden. Eine Lösung hierfür wäre ein stabiles Skelett, an dem sie befestigt werden könnten.“ fest verbunden. Und die DNA könnte in Zukunft eine solche Grundstruktur sein.

„Ziel dieser Forschung ist es, DNA-Moleküle zu schaffen, die andere chemische Verbindungen nachahmen. Dadurch könnten wir das medizinische Potenzial bestimmter Biomoleküle nutzen, die im Körper schwer zu halten sind. Beispiele für solche Biomoleküle sind die bereits erwähnten Peptide oder Proteine.“ .“

Die Hocek-Gruppe hat bereits erhebliche Fortschritte gemacht, obwohl die Forschung in diese Richtung weltweit noch am Anfang steht. Dem Team ist es beispielsweise gelungen, ein neuartiges modifiziertes Aptamer zu entwickeln, bei dem es sich um eine kurze DNA-Sequenz handelt, die an ein bestimmtes Zielmolekül, am häufigsten ein Protein, binden kann.

Aptamere haben ähnliche Eigenschaften wie Antikörper, sind jedoch wesentlich stabiler. Aus diesem Grund können Aptamere möglicherweise in der Medizin eingesetzte Antikörper ersetzen. Allerdings lässt sich die Zahl der weltweit zugelassenen therapeutischen Aptamere immer noch an einer Hand abzählen.

Die aktuelle Forschung zur Erforschung der Grenzen der DNA ist Teil eines größeren Projekts unter der Leitung von Hocek. Dies ist das zweite Mal, dass die Ergebnisse das Interesse der Fachzeitschrift wecken Nukleinsäureforschung. Zuvor veröffentlichten Wissenschaftler des IOCB Prag eine Methode zur enzymatischen Synthese vollständig künstlicher DNA. Bei dieser Synthese werden alle Nukleotide, die die natürliche DNA bilden, durch ihre modifizierten Versionen mit angehängten hydrophoben (d. h. wasserabweisenden) Molekülen ersetzt.