Einen neuen Weg zur Sequenzierung von DNA gehen Stuart Lindsay und sein Team von der Arizona State University in Tempe. Dabei messen sie die Stärke der Wasserstoffbrückenbindung zwischen DNA-Basenpaaren mit Hilfe von Elektronenströmen.
DNA-Sequenzierung mit Rastertunnelmikroskop | Metallspitze mit einer DNA-Base, die mit ihrer Komplementärbase drei Wassestoffbrücken ausbildet (violett). Ein angelegter Strom kann durch das Molekül fließen. Wird die Spitze langsam von der Probe weggezogen, bricht der Stromfluss bei einer gewissen Distanz ab, wodurch die Bindung identifiziert werden kann.
Die Methode basiert auf dem Prinzip des Rastertunnelmikroskops, bei dem eine elektrisch leitende Spitze sehr nah an die zu untersuchende Oberfläche herangebracht wird, ohne sie jedoch zu berühren. Beim Anlegen einer Spannung können Elektronen die kleine Distanz zwischen Spitze und Oberfläche überwinden, obwohl sie nach klassischer physikalischer Sicht nicht dazu in der Lage wären – der so genannte Tunneleffekt.
Die Forscher beluden die Metallspitze nun mit einer bestimmten DNA-Base, die mit ihrer komplementären Base in der zu untersuchenden Probe Wasserstoffbrücken ausbilden kann, wie es normalerweise im DNA-Strang passiert. Um die Stärke der Wasserstoffbrücken zu messen, entfernten die Wissenschaftler die Spitze langsam von der Probe – je fester die Bindung, umso länger fließt noch ein Strom. Anhand der Stromstärke und der Distanz, in der er noch floss, konnten alle DNA-Basen eindeutig identifiziert werden.
Dieses Verfahren könnte sowohl die Kosten als auch den Zeitaufwand einer DNA-Sequenzierung deutlich reduzieren, so die Forscher. Bei bisherigen chemischen Methoden werden die DNA-Stränge in viele kleine Stücke zerlegt und jeweils einzelne Basen gelesen. Computergestützt werden die Teile dann wieder zusammengesetzt. (ff)
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