Selektive Markierung von DNA-Basen mittels Schweratomen für die auf Elektronen-Mikroskopie basierende DNA-Sequenzierung

• Antragsteller: Dr. Thomas Reißner
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195957290

Die Entwicklung von preiswerten und schnellen DNA Sequenzierungstechnologien bleibt eine große Herausforderung von breitem wissenschaftlichem Interesse. Vorarbeiten haben gezeigt, dass die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) für eine ultra-schnelle, kostengünstige DNA Sequenzierung verwendet werden kann. Da eine effiziente Elektronstreuung stark von der Ordnungszahl (Z) des verwendeten Elementes abhängt, kann einzelsträngige DNA (ssDNA) mit Schweratomen markiert werden. Um die Grenzen dieses Vorhabens auszuloten, stellen wir einen mehrgleisigen Ansatz zu selektiv hergestellten Metall DNA Basenpaar-Komplexen vor. Dabei werden die Erfahrung der Toste-Gruppe in Organometall- und Schweratomcluster-Chemie mit den Ressourcen von Halcyon Molecular in der Präparation von DNA und der Durchführung von TEM kombiniert. Zwei allgemeine synthetische Methoden werden untersucht, um eindeutige Markierungsprotokolle zu entwickeln. Zuerst werden Triosmium- (Zos = 76), Tetrairidium- (Zir = 77) und Trigoldcluster (Zau = 79) untersucht. Diese Cluster hängen an einer reaktiven Gruppe, welche selektiv mit einer Purinbase reagieren (als alkylierendes Reagenz) oder diese binden (als Platin-Diammin-Komplex) kann. In diesem Fall würden die Marker als intensive Punkte in den TEM Spektren erscheinen. Als entsprechende Pyrimidin-Marker wird Osmiumtetraoxid-Bipyridin eingesetzt, das selektiv an Thymin und Cytosin bindet. Das Rückgrat des Bipyridin-Liganden kann dabei für eine weitere Funktionalisierung durch Osmium-, Platin- (ZPt = 78) oder Uran- (ZU = 92) Atome verwendet werden. „Proof-of-concept“-Experimente werden mit Hilfe von Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR) unter Verwendung einzelner DNA Basen durchgeführt. Ist diese Methode erfolgreich, werden einzelne DNA Stränge mit den neuen Marker behandelt und mittels TEM sequenziert.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor F. Dean Toste