Metall Nanocluster-modifizierte Nukleotide

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Marx
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323263560

In den letzten zwei Jahrzehnten haben Metall-basierte Nanocluster (NC) erhebliche Fortschritte auf dem Gebiet von Bioimaging, Biosensorik, therapeutische Anwendungen und Katalyse ermöglicht. Verglichen mit organischen Farbstoffen und Quantenpunkten (quantum dots) sind Edelmetall NCs wie AgNCs und AuNCs aufgrund ihrer Ungiftigkeit, Biokompatibilität und Photostabilität oft bessere Effektstoffe. Thiol-beschichtete AuNCs wurden auf dem Gebiet der Katalyse, Lumineszenz und chemischer Sensorik intensiv untersucht und konnten dabei ihre vielversprechenden Eigenschaften offenbaren. Dies macht sie für breite Anwendungen interessant. Die Fähigkeit von DNA-Polymerasen, Farbstoff-modifizierte Desoxynukleosidtriphosphate (dNTPs) zu akzeptieren, wird in vielen wichtigen biotechnologischen Anwendungen genutzt. Dazu gehören Next Generation Sequencing, Einzelmolekül-Sequenzierung und Markierung von DNA und PCR-Amplifikate z.B. für Microarray-Analyse. Unter Ausnutzung der intrinsischen Eigenschaften von DNA in Kombination mit chemisch eingeführt Funktionalitäten, können neue Klassen von auf Nukleinsäuren-basierenden Hybridmaterialien erzeugt werden. Trotz der beeindruckenden Eigenschaften von Metall-basierten NCs wurden diese noch nicht als Modifikation für dNTPs untersucht und auf ihre Eignung als Substrat für DNA-Polymerasen getestet. In einem kooperativen Ansatz wollen wir uns mit dieser Frage befassen. Wir planen, neue mit wasserlöslichen Nanocluster modifizierte Nukleotiden zu synthetisieren und sie im Anschluss auf ihre Wirkung von DNA-Polymerasen zur Markierung von DNA zu untersuchen. Wir werden Purine und Pyrimidine synthetisieren, die eine geeignet angeordnete Thiolgruppe enthalten. Diese dient als Liganden für den Erhalt der gewünschten NC-Konjugate. Nach Entwicklung effizienter Synthesewege, werden die NC-dNTP und NC-Nucleosid-Konjugate spektroskopisch charakterisiert. Parallel dazu werden die NC-dNTP-Konjugate auf ihre Wirkung auf DNA-Polymerasen mit dem Ziel untersucht, die NC-modifizierten Nukleotiden in die entstehende DNA enzymatisch einzubauen. Bei Bedarf werden DNA-Polymerasen durch Mutagenese engineered, um die Substrateigenschaften der NC-dNTP-Konjugate zu verbessern. Durch iterative Runden der Synthese und physikalische und biochemische Untersuchungen, werden NC-dNTP-basierte Systeme erhalten, die überlegene (phototo)physikalische und biochemische Eigenschaften haben, als die Systeme, die gegenwärtig verfügbar sind. Dies wird deren breite Anwendung ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Partnerorganisation: Department of Science and Technology (DST)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sandeep Verma