Einfache universelle DNA-Immobilisierung auf Oberflächen mit künstlichem Muschel-Polymer

Muscheln sind wahre Klebekünstler. Ob am Holz eines Stegs, am Metall eines Schiffrumpfes, an Steinen oder an einem Artgenossen, sie haften überall. Forschern um Philip B. Messersmith von der Northwestern University (Evanston, IL/USA) ist es nun gelungen, einen der „Universal-Klebstoffe“ von Muscheln nachzuahmen. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, gelang es ihnen, mit dem künstlichen „Muschelkleber“ DNA-Moleküle auf diversen Substraten zu fixieren. Diese neue, einfache Methode ist ausgesprochen interessant, beispielsweise zur Herstellung von DNA-Chips für Diagnostik und Forschung.

Moderne Analyse-Strategien zur Detektion und Analyse von Biomolekülen sind oft auf einfache, robuste und kostengünstige Methoden angewiesen, mit denen DNA, Proteine und andere Biomoleküle auf Oberflächen immobilisiert werden. Bei so genannten DNA-Mikroarry-Methoden etwa sind verschiedene DNA-Sonden auf einem Chip angeordnet. Selektiv fischen sie verschiedene Ziel-DNA-Moleküle aus der Vielfalt der in einer Probe enthaltenen DNA heraus. Der Ort, an dem eine Ziel-DNA angedockt hat, identifiziert diese, da dokumentiert ist, an welcher Stelle des Chips welche Sonde fixiert ist.

„Bisherige Verankerungsstrategien wurden meist spezifisch für ein bestimmtes Substrat entwickelt,“ berichtet Messersmith, „für andere Substrate sind sie dann ineffektiv.“ Messersmith und seine Kollegen haben nun eine universelle Methode entwickelt. Sie wurden dabei von Muscheln inspiriert, die so gut wie auf jedem beliebigen Material haften können. Inzwischen wurden Biopolymere identifiziert, die Muscheln ihre außergewöhnlichen Haftungseigenschaften verleihen. Diese Polymere sind reich an Catechol- und Aminogruppen. „Wir haben ein künstliches Catecholamin-Polymer synthetisiert, das diese Muschel-Proteine in ihrer Chemie nachahmt,“ so Messersmith.

Das neue Verfahren ist denkbar simpel: Einfach den gewünschten Träger über Nacht in eine Lösung des Catecholamin-Polymers legen. Das Polymer haftet als dünne Schicht auf allen für DNA-Arrays üblichen Substraten wie Glas sowie anderen, weniger verbreiteten Substraten wie Gold, Platin, Oxiden, Halbleitern und diversen Polymersubstraten. Die Beschichtung bindet dann problemlos DNA-Moleküle, ohne deren biologische Aktivität zu beeinflussen. So lassen sich Mikromuster aus DNA erzeugen (DNA-Spotting), wie sie etwa für DNA-Chips benötigt werden.

Das Erfolgsgeheimnis des Catecholamin-Polymers: Es enthält spezielle Atomgruppierungen, die auf besonders vielfältige Weise über verschiedenste Mechanismen an die unterschiedlichsten Substratmaterialien binden können. Ziel-DNA-Moleküle aus einer Probe binden dagegen ausschließlich an die jeweiligen spezifischen DNA-Sonden, eine Vorbehandlung zum Blockieren einer unspezifischen Bindung an das Substrat ist nicht notwendig. Messersmith: „Die neue Beschichtungsstrategie könnte DNA-Mikroarray-Techniken wesentlich vereinfachen.“