Mit freiem Auge kaum sichtbar: Im Zentrum dieser Glasplatte sind mehr als 300.000 unterschiedliche RNA-Moleküle gebunden, hier aufgeteilt in vier örtlich voneinander getrennte Abschnitte.

Bild: Erika Schaudy | Universität Wien

Fortschritt in der Bioanalytik Herstellung von RNA-Chips deutlich vereinfacht

28.07.2022

Biochips sind moderne Analysewerkzeuge, die es erlauben, in einer geringen Menge von Probenmaterial gleichzeitig tausende von Einzelnachweisen durchzuführen. Ein Team um Mark Somoza von der Fakultät für Chemie der Universität Wien hat nun eine neue Methode vorgestellt. Mit dieser lassen sich kommerziell erhältliche DNA-Chips schnell und einfach in sonst deutlich schwerer herzustellende RNA-Chips umwandeln.

DNA und RNA sind Nukleinsäuren; ihre wohl bekanntesten Aufgaben in unseren Zellen sind die Langzeitspeicherung der Erbinformation in Form von DNA, sowie RNA als Zwischenprodukt der Biosynthese von Proteinen. Kommerziell erhältliche DNA-Microarrays dienen standardmäßig dazu, Genomanalysen im Hochdurchsatz durchzuführen. Sie finden zum Beispiel regelmäßig Anwendung in der Diagnostik von verschiedenen Erbkrankheiten und Krebs.

Sie bestehen aus einem festen Träger, beispielsweise einer kleinen Glasplatte, auf der eine große Anzahl verschiedener DNA-Moleküle gebunden ist. Die Besonderheit liegt einerseits darin, dass für jede dieser Varianten ihre exakte Position auf der Oberfläche bekannt ist. Andererseits können sie extrem dicht gepackt sein, sodass hunderttausende von unterschiedlichen DNA-Strängen auf der Fläche eines Daumennagels Platz finden.

RNA-Chip-Produktion bislang aufwendig

Die kommerzielle Produktion von DNA-Chips basiert auf der schrittweisen Verkettung einzelner DNA-Bausteine. Obwohl diese Herstellungsmethode längst etabliert ist, lässt sie sich nur bedingt auf die Synthese von RNA-Microarrays übertragen. Denn RNA-Moleküle sind deutlich instabiler. Ebenso binden die einzelnen RNA-Bausteine beim Aufbau des RNA-Strangs mit einer geringeren Effizienz aneinander als ihre DNA-Äquivalente. Dieser Effekt limitiert die mögliche Länge des RNA-Strangs.

„Um insbesondere die noch unbekannten Aufgaben von zellulären RNA-Molekülen zu untersuchen, sind jedoch Chips mit deutlich längeren RNA-Strängen erforderlich, als sie bisher mit der chemischen Synthese von RNA-Microarrays erreichbar waren. Unsere neue Methode löst nun dieses Problem“, erklärt Erstautorin Erika Schaudy, Jungwissenschaftlerin in der Gruppe von Somoza am Institut für Anorganische Chemie der Universität Wien.

Gezielter Einsatz von Enzymen macht es möglich

Wie das Wiener Forschungsteam nun zeigt, lassen sich die auf kommerziellen Chips vorhandenen DNA-Sequenzen durch den gezielten Einsatz von Enzymen längenunabhängig in ihre komplementären RNA-Stränge umschreiben. Weitere Enzyme bauen dann die DNA-Vorlagen selektiv ab, so dass schließlich ein RNA-Chip entsteht.

„Das Herausragende ist, dass die von uns entwickelte Herstellungsmethode allein auf kommerziell erhältlichen Materialien und Reagenzien basiert. Eine spezialisierte Laborausstattung ist nicht nötig. Dies ermöglicht nun Forschenden unterschiedlichster Disziplinen selbst RNA-Microarrays herzustellen, die genau auf ihre wissenschaftlichen Fragestellungen zugeschnitten sind“, sagt Schaudy.

Somoza, der auch eine Arbeitsgruppe am Freisinger Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München leitet, ergänzt: „Wir haben mit dieser schnellen und einfach durchzuführenden Methodik zudem eine wichtige Grundlage für weitere Anwendungsmöglichkeiten geschaffen. So könnte die RNA-Technologie zum Beispiel ebenso dabei helfen, den Einfluss von Lebensmittelinhaltstoffen auf zelluläre Prozesse und damit die menschliche Gesundheit zu untersuchen.“

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