Stuttgart – Gold und Diamanten lassen üblicherweise die Herzen von Schmuckliebhabern höher schlagen. Möglicherweise finden zukünftig auch Forscher zunehmend Gefallen am Edelmetall bzw. an der kubischen Modifikation des Kohlenstoffs.
Denn Wissenschaftler vom Institut für Computerphysik der Universität Stuttgart haben über Simulationsberechnungen herausgefunden, dass spezielle chemische Modifikationen der Goldelektroden in einer Nanopore den DNA-Entschlüsselungsvorgang erheblich optimieren könnten.
Der Effekt von Nanoporen
Im Jahr 2003 gelang es, das menschliche Erbgut zu entschlüsseln. Das Problem bis heute: Die DNA-Dechiffrierung ist aufwändig und daher teuer. Aus diesem Grund arbeiteten die Stuttgarter Forscher an günstigeren Alternativen zum bisherigen Analyseprozess.
Ein Ansatz könnte in sogenannten Nanoporen liegen. Dabei handelt es sich um Öffnungen in Nanometergröße, die in ein Material gebohrt werden. Fädelt man DNA-Moleküle – in denen der genetische Code festgeschrieben ist – durch die Öffnungen hindurch, kann dieser analysiert werden.
Dazu werden goldene Elektroden in der Nanopore implementiert. Diese sind in der Lage, die elektrischen Impulse, die aus dem genetischen Code der DNA entstehen, zu messen. Nanoporen sind also eine Art Scanner, der die genetische Information liest.
Diamantartige Teilchen für die Goldelektroden
Insbesondere die Verbindung von winzigen diamantartigen Teilchen an den Elektroden verstärkt die elektrischen Signale aus der DNA und reduziert mögliche Entschlüsselungsfehler, wie die Forscher herausfanden.
"Der genetische Code ist abgespeichert in vier Bestandteilen der DNA, den Nukleobasen", erklärt Studienleiterin Maria Fyta vom Institut für Computerphysik der Uni Stuttgart. "Unsere Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von diamantartigen Teilchen bei der Beschichtung der Goldelektroden für jede Nukleobase eine unterschiedliche Art elektrischen Stroms verursacht. Damit kann der genetische Code abgelesen und analysiert werden."
Auf der Basis von quantenmechanischen Computersimulationen zeigte sich, dass die Verwendung von diamantartigen beschichteten Goldelektroden das wichtigste Hilfsmittel für die Entwicklung von Geräten zur DNA-Entschlüsselung sein dürfte. Nun wollen die Forscher herausfinden, ob und wie solche Geräte hergestellt werden können. Das ist aber vor allem eine Frage des Preises. (red, 30.6.2016)