DNA unter Strom

News: DNA unter Strom

Die DNA als elektrisches Stromkabel im Mini-Format? Diese bereits seit einiger Zeit diskutierte Idee erhält nun wieder neuen Aufwind. Amerikanische Forscher haben in Versuchen weitere Anhaltspunkte dafür gefunden, daß unser Erbmolekül durchaus Ladungen transportiert, zumindest bis zu einem bestimmten Punkt. Noch steckt die Forschung zwar in den Kinderschuhen, doch sieht es so aus, als würden die Ladungen sich zwar erstaunlich schnell ausbreiten, solange sie nicht auf zwei aufeinanderfolgender Guanin-Basen treffen. Hier werden sie jäh gestoppt, was unter Umständen zu nachhaltigen Störungen in der DNA führt.

Die elektrische Ladung ist auf der DNA allerdings stets über mehrere Basen "verschmiert", so glaubt das Team um Paul T. Henderson vom Georgia Institute of Technology. Sie pflanzt sich als temporäre Störung fort, was die Forscher bildlich als "Phononen-unterstütztes Polaronen-ähnliches Hüpfen" bezeichnen. Das Modell wurde am 20. Juli in den Proceedings of the National Academy of Sciences vorgestellt. Hiernach unterstützen mechanische Schwingungen der einzelnen Atome zueinander, die Phononen, die Ausbreitung der veränderten Ladungskonzentrationen, sogenannte Polaronen. Auf diese Weise legt der "Strom" immerhin Distanzen von einigen hundert Angström, mehreren Hunderttausendstel Millimetern, zurück.

In einem Experiment, welches bewies, daß die Ladung DNA-Bruchteile schnell und mit hoher Effizienz durchläuft, zeigte Henderson, daß diese Leitfähigkeit zunächst unabhängig von der Basenfolge ist. Dazu verknüpfte er ein Anthrachinon über eine Art Adapter mit einer bestimmten Stelle in einer DNA-Sequenz aus sechzig Basen und bestrahlte das Anthrachinon mit UV-Licht. Dieses induzierte dadurch ein Kation-Radikal, also ein positiv geladenes Ion, in die Doppelhelix der DNA. Die Störung in der Ladungsverteilung setzte sich daraufhin entlang der DNA fort, bis sie auf zwei aufeinanderfolgende Guanin-Basen stieß. Diese blockten die Störung aus, was aber dazu führte, daß der Basenstrang an der betreffenden Stelle oxidierte. Anhand solcher Störungen an GG-Folgen konnte Henderson den Verlauf des Polarons verfolgen.

Herkömmliche Theorien können die Unabhängigkeit der Effizienz von der Struktur nicht erklären, sicher ist nur, daß ein solcher Transportmechanismus nur unter Berücksichtigung der dynamischen Struktur der DNA erklärt werden kann. Diese Dynamik gibt Anlaß zu weiteren Fragen, denn die Forscher vermuten, daß die Leitfähigkeit von DNA-Stücken noch verbessern könnte, wenn sie nicht gewöhnlich verdreht, sondern anders gefaltet vorliegen. Die DNA sei schließlich eine flexible Struktur mit unterschiedlich langen Distanzen zwischen den einzelnen Atomen, deren Wechselspiel den Ladungstransport erst ermöglicht.

Das Verständnis, wie elektrische Ladung durch die DNA wandert, könnte Forschern helfen, Mittel zu finden, Oxidationsschäden in der DNA zu reparieren, wie sie bei einigen Erbkrankheiten auftreten. Natürliche Prozesse beheben bereits einen Großteil solcher Schäden, doch einige werden nicht schnell genug erreicht, so daß sie letztendlich zu genetischen Defekten mutieren. Auf der anderen Seite könnte der Ladungstransport durch die DNA auch in winzigen Mikromaschinen eingesetzt werden. Eindimensionale Kabel könnten aus DNA produziert werden, ein Stoff, der nicht erst fabriziert werden muß, sondern fast von selber wächst. Die DNA als Minikabel? Warum nicht?

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 19.7.1999
"Reparatur-Stopp im Hirn"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Brennpunkt-Thema vom 9.4.1999
"DNA: nur Strick- oder auch Leiter?"
Spektrum der Wissenschaft 11/98, Seite 70
"Rechnen mit DNA"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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