Dr. Barry Kaplan Die chemischen Basen der DNA werden A, C, T und G genannt und bilden die DNA-Doppelhelix. Es ist bekannt, dass 99 % der DNA auf natürliche Weise repariert werden; Das andere Prozent führt jedoch zu genetischen Mutationen. Sie sind Fehler in der DNA-Sequenzierung, die Mutationen hervorrufen können, die für Krankheiten wie neurologische Störungen wie die Lou-Gehrig-Krankheit und die Huntington-Krankheit verantwortlich sind; verstopfte Arterien; und Krebsarten wie Haut (Melanom), Dickdarm-, Leber-, Lungen- und Brustkrebs. Die von den Forschern entdeckte neue Methode wird die Position der DNA-Läsionen identifizieren und finden, die diese Krankheiten verursachen.
Für die Studie fanden die Forscher den Schaden an der DNA und schnitten ihn mit einer Methode namens „Base Excision Repair“ heraus. Es ist die gleiche Methode, die dem englischen Wissenschaftler Tomas Lindahl Anfang des Jahres den Nobelpreis für Chemie einbrachte. Als nächstes wird ein „unnatürliches Basenpaar“ an der ausgeschnittenen DNA-Schadensstelle platziert. Die Chemiker aus Utah verwendeten ein unnatürliches Basenpaar, das von Chemikern des Scripps Research Institute in Kalifornien erfunden wurde, anstatt die natürlichen Basenpaare AT und CG zu verwenden.
Anschließend wird die DNA mit der mit einem unnatürlichen dritten Basenpaar markierten Schadensstelle mit dem PCR-Verfahren (Polymerase-Kettenreaktion) millionenfach kopiert. Die Schlüsselinnovation hier besteht darin, dass die Forscher die Basenexzisionsreparatur verwenden, um den Schaden zu beseitigen, und das unnatürliche Basenpaar an der beschädigten DNA-Stelle einfügen. Dies ermöglicht die Herstellung von Millionen von DNA-Kopien. Schließlich wird eine weitere Chemikalie namens 18-Krone-6-Ether in das unnatürliche Basenpaar auf jedem DNA-Strang eingefügt. Sie werden dann mit einer Art Pore oder Nanopore in Molekülgröße sequenziert, die von Burrows und Henry White, einem Chemiker aus Utah, entwickelt wurde. Diese Form der Sequenzierung ermöglicht die Bestimmung der Position und Reihenfolge der Basen eines DNA-Strangs, indem der Strang durch eine Nanopore geführt wird.
Burrows glaubt, dass die neue Methode nach „molekularen Details sucht, die definieren, wie unser Genom auf unsere Ernährung und die Luft, die wir atmen, reagiert und ob es am Ende gesund ist oder nicht.“
In der Studie wandten die Chemiker ihre Methode auf ein Gen namens KRAS an. Wenn KRAS mutiert ist, kann es Brust- oder Lungenkrebs verursachen. Bei den meisten DNA-Sequenzierungsmethoden haben Wissenschaftler ein Problem damit, den Strang, der den DNA-Schaden verursacht hat, rechtzeitig zu finden. Sie werden oft bis zu Milliarden von DNA-Kopien anfertigen, bevor sie den Schaden beurteilen können.
Die Forscher der University of Utah fügen dann das unnatürliche Basenpaar an der beschädigten DNA-Stelle ein, um es zu markieren. Dieser Prozess hilft auch bei der gleichzeitigen Markierung von Millionen von DNA-Kopien. Als nächstes verwendeten die Chemiker die PCR-Methode, um Millionen von DNA-Kopien zu erstellen, indem sie die Stränge in der Doppelhelix durch Erhitzen trennten. Die Stränge werden in eine Lösung mit DNA-Basen gegeben, und ein Polymerase-Enzym wird an das Ende jedes DNA-Strangs gebunden, während A-, C-, G- und T-Nukleotide ergriffen werden, um einen zweiten Strang herzustellen. Dabei verdoppelt sich jeder DNA-Strang, und die Stränge werden in nur wenigen Stunden zu Millionen.
Wenn die Chemiker Millionen von DNA-Strängen mit dem Schaden haben, der durch das unnatürliche Basenpaar gekennzeichnet ist, kann die Nanoporensequenzierung den Schaden bequem beurteilen. Burrows glaubt jedoch, dass es notwendig ist, die Nanoporen-Sequenzierungsmethode zu verbessern oder durch eine Sequenzierung der nächsten Generation zu ersetzen, um die beschädigten DNA-Stellen zu lokalisieren.
Quellen für den heutigen Artikel:
Riedl, J., et al., „Identifikation von DNA-Läsionen mithilfe eines dritten Basenpaars für die Amplifikation und Nanoporensequenzierung“, Nature Communications 2015; 6(8807), doi: 10.1038/ncomms9807 .
„New Way to Find DNA Damage“, Website der University of Utah, 6. November 2015; http://unews.utah.edu/new-way-to-find-dna-damage/ .