Sie sind die Wegmarken im genetischen Dschungel, die Indizien für das Aufspüren krankheitsfördernder Gene: SNPs oder kurz: Snips. Die Abkürzung steht für "Single Nucleotide Polymorphisms", also Variationen in einzelnen Bausteinen der DNA. Es ist die häufigste Form genetischer Mutation, erklärt Mizuo Maeda, der Leiter des biotechnischen Labors an der Wako University westlich von Tokio.
SNP ist ein sehr kleiner Unterschied in der DNA-Struktur von zwei Menschen. Zum Beispiel Sie und ich haben wahrscheinlich fast identische DNA-Sequenzen, aber ein paar sehr kleine Abweichungen zwischen Ihnen und mir können bestehen.
Diese winzige Variation kann die Protein-Synthese in der Zelle entscheidend beeinflussen: Snips können den Ausbruch von Krankheiten fördern und darüber entscheiden, ob ein Medikament bei einem Menschen wirksam ist oder nicht. Daher ist es für die Medizin häufig von großem Interesse, ob ein Mensch an einer bestimmten Stelle seines Erbgutes eine DNA-Sequenz aufweist, die von der normalen Sequenz abweicht. Das Aufspüren dieser Fehler ist bisher zeit- und kostenaufwändig. Mizuo Maeda will mit seinem Verfahren die Suche deutlich vereinfachen. Dazu hat er ein briefmarkengroßes Plättchen entwickelt, wenige Millimeter dick, durchsichtig und aus biegsamem Kunststoff gefertigt: der DNA-Analyse-Chip. Auf dem Chip sind winzige Kanäle zu erkennen. Maeda:
Hier sehen Sie zwei Kanäle, die einander kreuzen. Der eine Kanal wird benötigt, um die DNA in den Chip einzuführen. Der andere Kanal wird gebraucht, um die DNA zu unterscheiden.
Das Prinzip des Chips beruht darauf, dass DNA elektrisch geladen ist und sich daher normalerweise in einem Spannungsfeld von einem Pol zum anderen bewegt. Aus der DNA des Patienten wird die Basen-Sequenz, in der man die Mutation vermutet, herausgetrennt und als einfacher Strang auf den Chip gegeben. Dazu kommt die gleiche Sequenz aus fehlerfreier bekannter DNA zum Vergleich. Dann wird eine Spannung angelegt und die beiden DNA-Stücke bewegen sich zunächst gleich schnell durch den Kanal des Chips. Dort treffen die beiden Basensequenzen auf passende Gegenstücke, also die DNA-Stücke, mit denen sie den berühmten Doppelstrang in Strickleiterform bilden können. Gehen sie diese Verbindung ein, dann wird ihre Bewegung gestoppt, denn an der Komplementär-DNA hängt wie ein Klotz am Bein ein schweres Polymer.
Das Polymer ist nicht geladen. Daher bewegt sich das Polymer nicht im Kanal. Die normale DNA kommt dann dazu und sie bilden einen Doppelstrang in kurzer Zeit. Wenn also die normale DNA eine Doppelhelix bildet, bewegt sie sich nicht mehr.
Und mit Hilfe dieses Bremsklotzes lässt sich nun entscheiden, ob die kontrollierte DNA des Patienten eine Fehlstelle aufweist oder nicht: Ein fehlerhaftes DNA-Stück würde sich nämlich viel schlechter mit der Komplementär-DNA verbinden als die fehlerfreie DNA und daher deutlich weniger durch das angehängte Polymer abgebremst. Schon nach wenigen Sekunden kann dieser Unterschied in der Geschwindigkeit unter dem Mikroskop festgestellt werden. Ein Arzt könnte auf diese Weise also schnell und einfach feststellen, ob sein Patient an einer bestimmten Stelle der DNA eine SNP-Mutation hat. Diese Fehlstelle kann zum Beispiel der Grund dafür sein, dass ein Medikament bei ihm anders wirkt als bei den übrigen Patienten.
SNP ist ein sehr kleiner Unterschied in der DNA-Struktur von zwei Menschen. Zum Beispiel Sie und ich haben wahrscheinlich fast identische DNA-Sequenzen, aber ein paar sehr kleine Abweichungen zwischen Ihnen und mir können bestehen.
Diese winzige Variation kann die Protein-Synthese in der Zelle entscheidend beeinflussen: Snips können den Ausbruch von Krankheiten fördern und darüber entscheiden, ob ein Medikament bei einem Menschen wirksam ist oder nicht. Daher ist es für die Medizin häufig von großem Interesse, ob ein Mensch an einer bestimmten Stelle seines Erbgutes eine DNA-Sequenz aufweist, die von der normalen Sequenz abweicht. Das Aufspüren dieser Fehler ist bisher zeit- und kostenaufwändig. Mizuo Maeda will mit seinem Verfahren die Suche deutlich vereinfachen. Dazu hat er ein briefmarkengroßes Plättchen entwickelt, wenige Millimeter dick, durchsichtig und aus biegsamem Kunststoff gefertigt: der DNA-Analyse-Chip. Auf dem Chip sind winzige Kanäle zu erkennen. Maeda:
Hier sehen Sie zwei Kanäle, die einander kreuzen. Der eine Kanal wird benötigt, um die DNA in den Chip einzuführen. Der andere Kanal wird gebraucht, um die DNA zu unterscheiden.
Das Prinzip des Chips beruht darauf, dass DNA elektrisch geladen ist und sich daher normalerweise in einem Spannungsfeld von einem Pol zum anderen bewegt. Aus der DNA des Patienten wird die Basen-Sequenz, in der man die Mutation vermutet, herausgetrennt und als einfacher Strang auf den Chip gegeben. Dazu kommt die gleiche Sequenz aus fehlerfreier bekannter DNA zum Vergleich. Dann wird eine Spannung angelegt und die beiden DNA-Stücke bewegen sich zunächst gleich schnell durch den Kanal des Chips. Dort treffen die beiden Basensequenzen auf passende Gegenstücke, also die DNA-Stücke, mit denen sie den berühmten Doppelstrang in Strickleiterform bilden können. Gehen sie diese Verbindung ein, dann wird ihre Bewegung gestoppt, denn an der Komplementär-DNA hängt wie ein Klotz am Bein ein schweres Polymer.
Das Polymer ist nicht geladen. Daher bewegt sich das Polymer nicht im Kanal. Die normale DNA kommt dann dazu und sie bilden einen Doppelstrang in kurzer Zeit. Wenn also die normale DNA eine Doppelhelix bildet, bewegt sie sich nicht mehr.
Und mit Hilfe dieses Bremsklotzes lässt sich nun entscheiden, ob die kontrollierte DNA des Patienten eine Fehlstelle aufweist oder nicht: Ein fehlerhaftes DNA-Stück würde sich nämlich viel schlechter mit der Komplementär-DNA verbinden als die fehlerfreie DNA und daher deutlich weniger durch das angehängte Polymer abgebremst. Schon nach wenigen Sekunden kann dieser Unterschied in der Geschwindigkeit unter dem Mikroskop festgestellt werden. Ein Arzt könnte auf diese Weise also schnell und einfach feststellen, ob sein Patient an einer bestimmten Stelle der DNA eine SNP-Mutation hat. Diese Fehlstelle kann zum Beispiel der Grund dafür sein, dass ein Medikament bei ihm anders wirkt als bei den übrigen Patienten.