Joachim Stehr ist es im Rahmen der Nanosystems Initiative Munich (NIM) in Zusammenarbeit mit Roche Diagnostics und der TU Ilmenau gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich Gen-Defekte in 1/1.000 Sekunde nachweisen lassen - so schnell wie nie zuvor.

Die DNA wird dabei mit Gold-Nanoteilchen verbunden, die mittels eines Laserpulses zu winzigen Heizplatten werden. Anhand der aufgenommenen Schmelzkurve lässt sich sodann ablesen, ob die DNA in Ordnung ist oder nicht.

Gendefekte führen zu einer herabgesetzten DNA-Schmelztemperatur. An den Fehlstellen passen nämlich die beiden DNA-Stränge nicht genau zusammen. Daher trennen sie sich schon bei niedrigeren Temperaturen voneinander. DNA-Defekte werden daher messbar, indem man die Schmelzkurve misst. Dazu werden die DNA-Abschnitt isoliert, via PCR vervielfältigt und mit Gold-Nanopartikeln verbunden. Für die Messung erhitzt man beim bisher üblichen Verfahren langsam im Wasserbad und misst mit einem Laser die optische Absorption: Schmilzt die DNA, sinkt die Absorption. Der Nachteil dabei: Eine einzige Messung dauert etwa 30 min.

Mit der neuen Methode lässt sich die Messung nun in weniger als 1/1.000 sek durchführen. Der Trick dabei: Statt die Probe von außen im Wasserbad zu erwärmen, werden als Heizung die Gold-Nanoteilchen benutzt. Alles was man dazu braucht, ist ein zusätzlicher Laser. Mit einem kurzen Licht-Impuls lassen sich die Nanoteilchen sehr schnell aufheizen. War der Impuls intensiv genug, löst sich das DNA-Goldknäuel, und die Absorption sinkt dauerhaft.

Stellt man nun die Impulsintensität so ein, dass nur eine defekte DNA schmilzt, dann lässt sich mit einer einzigen Messung ermitteln, ob ein DNA-Stück einen Fehler aufweist oder nicht - und das gelingt in bisher unerreichter Geschwindigkeit.

Diese neue Methode könnte der medizinischen Forschung viel Aufwand, Zeit und Geld sparen helfen. In bestimmten Fällen könnte eine schnellere DNA-Defektanalyse die Rettung von Leben bedeuten.

"Gold NanoStoves for Microsecond DNA Melting Analysis", Stehr, J., Hrelescu, C., Sperling, R.A., Raschke, G., Wunderlich, M., Nichtl, A., Heindl, D., Kürzinger, K., Parak, W.J., Klar, T.A., and Feldmann, J., Nano Lett., 2008, 10.1021/nl073028i