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News: 'Wiegen' von Genen

In Zukunft wird sich die Medizin in zunehmendem Maß mit der Veränderung und Schäden am Erbgut des Menschen beschäftigen. Für diese genomische Medizin sind unter anderem bessere und schnellere Verfahren zur Analyse des Erbgutes, das heißt der DNA, erforderlich. Zu den neuen Analyseverfahren gehört auch die Massenspektroskopie mit Lasern. Einen weiteren Schritt in die Richtung massenspektrometischer Genanalyse haben jetzt Forscher der Universität Münster vorgestellt.
Die an dem Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Universität Münster von Prof. Dr. Franz Hillenkamp und Mitarbeitern entwickelte sogenannte Matrix-unterstützte Laserdesorptions/Ionisations-Massenspektrometrie (MALDI-MS) hatte im vergangenen Jahrzehnt bereits zu einem Umbruch im Bereich der biologischen Massenspektrometrie von Eiweißen und Kohlenhydraten geführt. Bei den Nukleinsäuren, den "Bausteinen" der Gene, war dagegen der zugängliche Massenbereich für eine Analyse mit ausreichender Empfindlichkeit bislang auf DNA- und RNA-Fragmente mit höchstens etwa einhundert Basen beschränkt. Jetzt gelang es weltweit erstmals, das Laserdesorptionsverfahren auch auf die empfindliche Analyse kleiner Mengen von größeren Nukleinsäuren mit deutlich mehr als 2000 Basen zu erweitern (Science vom 10. Juli 1998, Abstract).

Bei der MALDI-MS werden die zu untersuchenden Proben mit kleinen organischen Molekülen gemischt. Diese absorbieren das Licht eines sehr intensiven Laserblitzes und setzen dadurch die großen DNA-Moleküle im Vakuum des Massenspektrometers frei. Die geladenen Moleküle werden mit einer elektrischen Spannung von vielen tausend Volt beschleunigt und fliegen dann zu einem Detektor. Schwere Ionen fliegen langsamer als leichte und kommen deshalb auch später am Detektor an. Aus der Ankunftzeit wird dann das Gewicht berechnet, das Rückschlüsse auf den Aufbau und mögliche Fehler in der Struktur erlaubt.

Während für die Analyse von Eiweißkörpern fast ausschließlich Laser mit ultravioletter Strahlung eingesetzt werden, gelang der Durchbruch für die Nukleinsäuren erst mit der Etablierung von Infrarotlasern für die Desorption der Proben. Damit gelang es den Münsteraner Forschern nun, mit einer hohen Meßgenauigkeit DNA-Moleküle mit mehr als 2000 Basen zu bestimmen. Dies entspricht einem Molekulargewicht von nahezu 700.000. Die für die Analyse erforderliche Probenmenge beträgt dabei nur einige hundert Attomol, was in etwa dem hundertsten bis tausendsten Teil eines milliardstel Gramms dieser Substanzen entspricht.

Im Vergleich zu den chromatographischen Methoden, die den Molekularbiologen für die Analyse von größeren DNAs bislang zur Verfügung stehen, läßt sich damit eine deutliche Steigerung der Genauigkeit der Molekulargewichts- und damit Strukturbestimmung erzielen. In Verbindung mit etablierten und für den Zweck noch zu entwickelnden Verfahren der Molekularbiologie wird diese neue Methode nach Einschätzung der münsterschen Wissenschaftler in Zukunft eine schnellere und genauere Analytik in der klinischen Diagnostik, in der Erbgutanalyse, zum Beispiel in der Forensik, sowie bei der Identifizierung von Mikroorganismen ermöglichen.

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