18.05.2021 - Aarhus University

Neues Verfahren zur Herstellung synthetischer DNA

Chemisch synthetisierte kurze DNA-Sequenzen sind extrem wichtige Bestandteile mit unzähligen Anwendungen

Die hergestellten DNA-Sequenzen werden auch als Oligonukleotide bezeichnet. Diese werden in großem Umfang für die Identifizierung von Krankheiten, für die Herstellung von Medikamenten auf Oligonukleotidbasis und für verschiedene andere medizinische und biotechnologische Anwendungen eingesetzt.

Der hohe Bedarf an Oligonukleotiden erfordert daher ein effizientes automatisiertes Verfahren zu ihrer chemischen Herstellung. Dieses Verfahren basiert auf Phosphoramiditen, chemischen Verbindungen, die den Nachteil haben, dass sie instabil sind, wenn sie nicht bei idealen -20 Grad Celsius gelagert werden.

Geräte, die für die DNA-Synthese verwendet werden, sind nicht in der Lage, die Phosphoramidite zu kühlen, und daher ist es unvermeidlich, dass einige von ihnen nach der Zugabe in das Gerät abgebaut werden.

Unerwünschte Degradation wichtiger Inhaltsstoffe vermeiden

Professor Kurt Gothelf und Professor Troels Skrydstrup leiten jeweils eine Forschungsgruppe in der organischen Chemie, die gemeinsam eine relativ einfache, aber effiziente Technologie entwickelt haben, bei der die Herstellung von Phosphoramiditen automatisiert und direkt in das Instrument zur DNA-Synthese integriert werden kann.

Dies vermeidet sowohl die manuelle Synthese dieser, die normalerweise bis zu 12 Stunden dauern würde, als auch das Problem der Lagerung instabiler Phosphoramidite. Gothelfs Gruppe hat mit ihrer Expertise in der automatisierten DNA-Synthese beigetragen und Skrydstrups Gruppe mit ihrem Know-how über chemische Reaktionen, die in kontinuierlich fließenden Flüssigkeiten ablaufen (Flow Chemistry).

"Es war eine sehr lohnende Zusammenarbeit, was genau einer der Kernwerte von iNANO ist", sagt Kurt Gothelf, der hinzufügt "und ich möchte auch Alexander Sandahl einen großen Teil des Verdienstes für den Erfolg dieses Projektes zuschreiben, da er die Zusammenarbeit etabliert und einen großen Teil der Ideen für das Projekt entwickelt und realisiert hat."

Bei der Methode zur Herstellung von Phosphoramiditen werden die Nukleoside (Ausgangsmaterialien) durch ein festes Material (Harz) gespült, das potenziell vollständig in einen automatisierten Prozess im Gerät zur DNA-Synthese integriert werden kann. Das Harz sorgt dafür, dass die Nukleoside schnell phosphoryliert werden, wobei die Nukleoside innerhalb weniger Minuten in Phosphoramidite umgewandelt werden. Aus dem Harz werden die Phosphoramidite automatisch in den Teil des Gerätes gespült, der für die DNA-Synthese zuständig ist.

Auf diese Weise wird der Abbau der Phosphoramidite vermieden, da sie erst kurz vor ihrer Verwendung (on-demand) hergestellt werden, und zwar auf eine schnellere, effizientere, flussbasierte Weise, die potenziell automatisiert und von Nicht-Chemikern bedient werden kann.

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