Forscher entwickeln künstliche Bausteine ​​des Lebens

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Die DNA trägt die genetische Information aller lebenden Organismen und besteht nur aus vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleotiden. Nukleotide bestehen aus drei charakteristischen Teilen: einem Zuckermolekül, einer Phosphatgruppe und einer der vier Nukleobasen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Die Nukleotide reihen sich millionenfach aneinander und bilden die DNA-Doppelhelix, ähnlich einer Wendeltreppe. Wissenschaftler der Fakultät für Chemie der UoC haben nun gezeigt, dass die Struktur von Nukleotiden im Labor weitgehend verändert werden kann.

Die Forscher entwickelten sogenannte Threofuranosyl-Nukleinsäure (TNA) mit einem neuen, zusätzlichen Basenpaar. Dies sind die ersten Schritte auf dem Weg zu vollständig künstlichen Nukleinsäuren mit verbesserten chemischen Funktionalitäten. Die Studie „Expanding the Horizon of the Xeno Nucleic Acid Space: Threose Nucleic Acids with Erhöhte Information Storage“ wurde im veröffentlicht Zeitschrift der American Chemical Society.

Künstliche Nukleinsäuren unterscheiden sich in ihrer Struktur von ihren Originalen. Diese Veränderungen wirken sich auf ihre Stabilität und Funktion aus. „Unsere Threofuranosyl-Nukleinsäure ist stabiler als die natürlich vorkommenden Nukleinsäuren DNA und RNA, was viele Vorteile für den zukünftigen therapeutischen Einsatz mit sich bringt“, sagte Professorin Dr. Stephanie Kath-Schorr. Für die Studie wurde der 5-Kohlenstoff-Zucker Desoxyribose, der das Rückgrat der DNA bildet, durch einen 4-Kohlenstoff-Zucker ersetzt. Zudem wurde die Zahl der Nukleobasen von vier auf sechs erhöht. Durch den Zuckeraustausch wird das TNA von den zelleigenen Abbauenzymen nicht erkannt. Dies ist ein Problem bei Therapeutika auf Nukleinsäurebasis, da synthetisch hergestellte RNA, die in eine Zelle eingeführt wird, schnell abgebaut wird und ihre Wirkung verliert. Die Einführung von TNAs in Zellen, die unentdeckt bleiben, könnte nun die Wirkung länger aufrechterhalten.

„Darüber hinaus ermöglicht das eingebaute unnatürliche Basenpaar alternative Bindungsmöglichkeiten an Zielmoleküle in der Zelle“, ergänzt Hannah Depmeier, Erstautorin der Studie. Kath-Schorr ist sich sicher, dass eine solche Funktion insbesondere bei der Entwicklung neuer Aptamere, kurzer DNA- oder RNA-Sequenzen, genutzt werden kann, die zur gezielten Steuerung zellulärer Mechanismen eingesetzt werden können. TNAs könnten auch für den gezielten Transport von Medikamenten zu bestimmten Organen im Körper (Targeted Drug Delivery) sowie in der Diagnostik eingesetzt werden; Sie könnten auch für die Erkennung viraler Proteine ​​oder Biomarker nützlich sein.



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