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Klein genug für eine Hand Mobiler DNA-Scanner als Frühwarnsystem bei Infektionen

Benjamin Kirchbeck

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Ingenieure haben die DNA-Technik ein weiteres Mal revolutioniert. Ihnen gelang die Entwicklung eines mobilen DNA-Scanners, der Bakterien und Viren bereits vor dem Ausbruch von Symptomen identifizieren kann.

Prototyp des adaptiven PCR (PCR = polymerase chain reaction): Die kleine Probe in der Mitte wird durch einen Laser auf der rechten Seite angeleuchtet. Unterschiedliche Ebenen der Fluoreszenz werden mittels eines Spektralphotometers auf der linken Seite gesammelt und ermöglichen die Kontrolle der DNA-Duplikation.(Bild: Anne Rayner, Vanderbilt University)
Prototyp des adaptiven PCR (PCR = polymerase chain reaction): Die kleine Probe in der Mitte wird durch einen Laser auf der rechten Seite angeleuchtet. Unterschiedliche Ebenen der Fluoreszenz werden mittels eines Spektralphotometers auf der linken Seite gesammelt und ermöglichen die Kontrolle der DNA-Duplikation.
(Bild: Anne Rayner, Vanderbilt University)

Die Technologie basiert zu einem Großteil auf einer vollkommen neuen Methode zur Kontrolle der Polymerase-Kettenreaktion (PCR = polymerase chain reaction). Der Aufbau dieser neuen Kontrollfunktion gilt als sehr wirkungsvoll, zeitgleich aber auch als äußerst komplex.

Die Wissenschaftler der Vanderbilt Universität nennen ihre Idee „adaptive PCR“. Dieses System nutzt die sogenannte „linksdrehende DNA“ (L-DNA), um die molekularen Reaktionen im PCR-Prozess aufzuzeigen und zu kontrollieren. L-DNA stellt das Spiegelbild jener DNA dar, welche in jedem Lebewesen vorhanden ist.

Wird eine fluoreszierende L-DNA der Polymerase-Kettenreaktion beigefügt, verhält sie sich identisch zu einer regulären DNA und erzeugt fluoreszierende Lichtsignale. Die gewonnenen Lichtsignale sammeln Informationen über die molekularen Reaktionen und ermöglichen deren Kontrolle.

Um den Ablauf zu testen, erarbeiteten die Ingenieure einen Prototyp einer adaptiven PCR-Maschine. Doch auch wenn die neue Technology grundsätzlich bereits anwendbar ist, besteht noch die Herausforderung, PCR-Maschinen zur Serienreife zu entwickeln.

Die größten Probleme finden sich in dem komplizierten Aufbau und den starken Schwankungen bei unterschiedlichen chemischen Kompositionen, speziell hinsichtlich der Umweltbedingungen. Dies ist entscheidend, da bisher noch keine direkte Lösung gefunden wurde, wie die Platzierung in der molekularen Ebene dokumentiert werden kann.

Diesbezüglich soll die Zuverlässigkeit deutlich gesteigert, der gesamte Prozess vereinfacht und die Größe weiter reduziert werden. Die Identifizierung von Erregern und Seuchen kann hierdurch wesentlich schneller und effizienter durchgeführt werden. In die gleiche Richtung arbeitet das französische Start-up-Unternehmen „Elvesys“, welches die weltweit schnellste Analysemethode anhand eines Tropfen Bluts entwickelt hat.

Die Ausgangsbasis für die gegenwärtigen Forschungsarbeiten lieferte Kary Mullis bereits im Jahr 1983, als sie die Polymerase-Kettenreaktion entwickelte. Sie wurde für diese Arbeit mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Mullis Werk wird als einer der wichtigsten Schritte überhaupt im Bereich der molekularen Biologie angesehen.

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