Zeitung Heute : Wie man einen Biochip bastelt

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Ein DNS-Chip ermöglicht es, Tausende von Genen auf einen Blick nachzuweisen.

Dabei macht man sich die Strickleiterform des Erbmoleküls DNS zunutze. Trennt man diese Strickleiter der Länge nach durch, hat man eine einsträngige Sequenz der biochemischen Buchstaben A, T, C und G. A (Adenin) paart sich dabei stets mit T (Thymin), C (Cytosin) dagegen mit G (Guanin).

Wird nun zu einem einsträngigen DNS-Abschnitt ein zweiter Strang hinzugegeben, der exakt die passenden (komplementären) Basen in der richtigen Reihenfolge enthält, so koppeln sich beide Stränge zusammen – die Strickleiter ist wieder perfekt.

Ein DNS-Chip enthält hunderte oder tausende winziger Abschnitte, auf denen jeweils eine ganz bestimmte einsträngige DNS-Sequenz aufgebracht ist. Wird eine Mixtur von DNS-Sequenzen auf den Chip aufgetragen, bleiben nur jene haften, die den einzelnen Strang exakt ergänzen.

Wie kann man nun feststellen, welche Gene zum Beispiel in einer Krebszelle aktiv sind? Dazu gewinnt man auf biochemischen Wege zunächst alle „Abschriften“ der aktiven Gene. Denn die DNS-Schrift wird zunächst in einsträngige RNS-Schrift übertragen, ehe diese in Proteine „übersetzt“ wird.

Die RNS-Abschriften enthalten die Informationen über sämtliche zu einem bestimmtem Zeitpunkt aktive Gene. Sie werden nun ihrerseits im Reagenzglas in einsträngige DNS zurückübersetzt. Diese „komplementäre“ cDNS entspricht der Sequenz des abgelesenen Gens.

In einem nächsten Schritt werden dann die cDNS-Genschnipsel mit fluoreszierendem Farbstoff markiert, der unter ultraviolettem Licht aufleuchtet. Werden die DNS-Fäden nun auf den Biochip gegeben, leuchtet der Chip an jenen Stellen auf, an denen die DNS aus der Gewebeprobe den passenden Partner gefunden hat. Um die Analyse perfekt zu machen, haben die Biochip-Designer noch ein weiteres Prinzip eingeführt: die Konkurrenz. Denn zu den DNS-Abschnitten aus dem kranken Gewebe werden solche aus normalen Zellen auf den Chip gebracht. Sie konkurrieren nun um die „Empfangsstellen“ auf dem Gen-Chip.

Um zu erkennen, welche Gene die Oberhand haben, markieren die Biochip-Entwickler die DNS mit jeweils anderer Farbe. So kann die Tumor-Erbsubstanz rot markiert sein, die DNS aus gesundem Gewebe dagegen grün. Leuchtet eine Markierung auf dem Chip rot auf, ist das Tumor-Gen hier besonders aktiv – leuchtet sie grün auf, hat das gesunde Gen die Oberhand. Schimmert die DNS-Probe gelb, sind beide Gewebearten gleich stark vertreten. Auf diese Weise entsteht auf dem Biochip ein Mosaik aus farbigen Punkten. Ein Computer registriert das Muster, ordnet es bestimmten Genen zu und entwirft so ein molekulares Profil der kranken Zelle. Dazu bedarf es spezieller Programme – ein Mensch wäre hier völlig überfordert. wez

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