Elektrochemische Hybridisierungssensoren für RNA mit Osmiumtetroxid als Marker
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Projekt sollten grundlegende Arbeiten zu einer neuen Methode der schnellen und einfachen sequenzspezifischen Analyse von RNA-Spezies durchgeführt werden. Diese können beispielsweise in Form von ribosomaler RNA zur Identifikation von Bakterienstämmen sowie zur Quantifizierung von Bakterienzellen verwendet werden. Die Analyse von Messenger-RNA gestattet die Untersuchung der Zellaktivitäten. Mikro-RNA (nur 20 bis 25 Basen lang) ist zudem an der Kontrolle der Genexpression beteiligt. Dennoch gibt es bislang nur relativ wenige Arbeiten zur elektrochemischen Detektion der RNA. Elektrochemisch aktive Osmiumtetroxidkomplexe reagieren in RNA mit den Nukleobasen Uracil und Cytosin. Es konnte in diesem Projekt demonstriert werden, dass mittels DNA-Schutzsträngen die Fähigkeit der RNA zur Hybridisierung mit immobilisierten DNA-Sonden erhalten bleibt. Ansonsten sind Osmiumtetroxid- Bipyridin-markierte Nukleinsäuren nicht mehr zur Hybridisierung in der Lage. Dies konnte bereits bei der Analyse von Realproben genutzt werden, um die Erfassung unspezifischer DNA und RNA aus der Probenmatrix zu unterbinden. Obwohl mit dem Auftreten relativ stabiler Sekundärstrukturen der RNA gerechnet werden musste, war die hohe thermische Stabilität doch überraschend. Es erscheint im Ergebnis zwingend, sowohl die Markierung als auch die Hybridisierung der RNA-Targets bei relativ hoher Temperatur durchzuführen. Erste Untersuchungen mit modellhaften tRNA-Sequenzen verliefen erfolgreich. Die Detektion mittels Voltammetrie ergab dabei gute Signale. In Nachfolgeprojekten sollen die neuen Erkenntnisse zur Untersuchung der Genexpression sowie zur Detektion von Bakterienzellen angewendet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Sequence-specific Electrochemical Detection of Nucleic Acids in Real Samples, Bioanalytical Reviews 2 (2010) 103
H. Duwensee, M. Mix, G.-U. Flechsig
- Functionalized micromachines for selective and rapid isolation of nucleic acid targets from complex samples, Nano Letters 11 (2011) 2083
D. Kagan, S. Campuzano, S. Balasubramanian, F. Kuralay, A. Young, K. Christman, G.-U. Flechsig, J. Wang
- Redox cycling amplified electrochemical detection of DNA hybridization: Application to pathogen E. coli bacterial RNA, Anal. Chim. Acta 689 (2011) 29
A. Walter, J. Wu, G.-U. Flechsig, D.A. Haake, J. Wang
- Sequence-specific Analysis of Nucleic Acids, Patent DE 10 2011 114 984 B3 (2011)
G.-U. Flechsig, M. Mix, S. Krüger
- Electrochemical detection of 0.6 percent genetically modified maize MON810 in real flour samples, Electrochem. Commun. 22 (2012) 137
M. Mix, J. Rüger, S. Krüger, I. Broer, G.-U. Flechsig
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.elecom.2012.06.019) - Hybridization detection of enzyme-labeled DNA at electrically heated electrodes, Anal. Bioanal. Chem. 405 (2013) 3907
A. Walter, A.-E. Surkus, G.-U. Flechsig
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00216-013-6815-3) - Hybridization detection of osmium tetroxide bipyridine-labelled DNA and RNA on heated gold wire electrodes, Electroanalysis 25 (2013) 373
M. Jacobsen, G.-U. Flechsig
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/elan.201200460)
