Fluoreszierende DNAzyme als Sonden für bakterielle Stoffwechselprodukte

  • Fluoreszierende DNAzyme als Sonden für bakterielle Stoffwechselprodukte: Ein RNA-spaltendes fluoreszierendes DNAzym (RFD) kann in der rohen extrazellulären Mischung, die durch lebende Bakterienzellen erzeugt wurde, ein Fluoreszenzsignal generieren. Diese DNAzyme spalten eine einzelne RNA-Bindung (R) in einer DNA-Kette, die von mit einem Fluorophor (F) und einem Quencher (Q) markierten Nucleotiden flankiert ist. Bild: Wiley-VCHFluoreszierende DNAzyme als Sonden für bakterielle Stoffwechselprodukte: Ein RNA-spaltendes fluoreszierendes DNAzym (RFD) kann in der rohen extrazellulären Mischung, die durch lebende Bakterienzellen erzeugt wurde, ein Fluoreszenzsignal generieren. Diese DNAzyme spalten eine einzelne RNA-Bindung (R) in einer DNA-Kette, die von mit einem Fluorophor (F) und einem Quencher (Q) markierten Nucleotiden flankiert ist. Bild: Wiley-VCH

Yingfu Li und ein Team von der McMaster University in Hamilton (Ontario, Kanada) haben ein besonders einfaches, universelles Fluoreszenz-Testsystem entwickelt, das Keime rasch und spezifisch anhand eines ihrer Stoffwechselprodukte nachweist. Der Biosensor basiert auf so genannten DNAzymen, künstlichen einzelsträngigen DNA-Molekülen mit katalytischer Aktivität, die auf ein keimspezifisches Produkt reagieren. „Über eine gezielte Selektion kann im Prinzip für jeden beliebigen Keim ein spezifisches DNAzym gefunden werden", so Yingfu Li. „Dabei ist es weder notwendig, dieses Stoffwechselprodukt zu kennen noch es aus der Probe zu isolieren." Mithilfe eines gewöhnlichen Zellkulturschrittes lassen sich die Keime einer Probe vor dem Test vermehren, sodass sich noch eine einzelne Zelle nachweisen lässt. Die fluoreszierenden DNAzyme als Sonden für bakterielle Stoffwechselprodukte stellen eine wesentlich schnellere Methode dar, als der traditionelle mikrobiologische Nachweis von Keimen und ist wesentlich einfacher zu handeln als die schnellen PCR- oder Antikörper-basierten Methoden, die viele Arbeitsschritte und eine spezielle Ausrüstung benötigen.

Herzstück des konzipierten DNAzyms ist ein einzelnes RNA-Nucleotid. Rechts und links davon sind ein Fluoreszenzfarbstoff und ein Quencher angeknüpft. Ein Quencher ist ein Molekül, das die Fluoreszenz eines Farbstoffs auslöscht, wenn er in dessen Nähe ist. Die Forscher entwickelten ein DNAzym, das ein bestimmtes Stoffwechselprodukt von Kolibakterien bindet und dabei seine Form ändert. In dieser veränderten Form hat das DNAzym RNA-spaltende Eigenschaften und schneidet den eigenen Strang an der Stelle, an der sich das RNA-Nucleotid befindet. Damit werden Quencher und Farbstoff getrennt und der Farbstoff beginnt zu fluoreszieren.

Die Fluoreszenz zeigt an, dass Kolibakterien in der Probe enthalten sind. Auf andere Bakterien reagiert dieses DNAzym dagegen nicht.

Originalliteratur:
Ali, M. M., Aguirre, S. D., Lazim, H. and Li, Y. (2011), Fluorogenic DNAzyme Probes as Bacterial Indicators, Angewandte Chemie, 123: 3835-3838. doi: 10.1002/ange.201100477

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