Der promovierte Chemiker Volker Deckert leitet die Abteilung Proteomik am Dortmunder Institute for Analytical Sciences ISAS. In seinem Labor erprobt er ein Messverfahren, das das Zeug hat, das Lesen von Erbinformation zu revolutionieren. Der Raum ist abgedunkelt, schalldämmende Schaumstoffplatten an den Wänden schlucken jedes Geräusch.
"Das ist ein speziell ausgerüstetes Labor dafür, möglichst wenig Geräuschempfindlichkeit und möglichst wenig Schwingungsempfindlichkeit zu zeigen. Wir müssen das unterdrücken, damit wir möglichst wenig von diesen Störeffekten haben, weil wir wollen ja dann nachher die einzelne DNA Schritt für Schritt abtasten, die einzelnen Basen."
Volker Deckert will das Auslesen der Basenfolge auf einem Erbgutstrang so simpel zu machen, wie das Scannen eines Strichcodes an der Supermarktkasse. Weil ein DNA-Strang rund 10.000 Mal dünner ist als ein menschliches Haar, klingt das ziemlich vermessen. Man braucht eine sehr starke Leselupe, um den genetischen Code direkt erkennen zu können. Deckert:
"Also das ist der gesamte Aufbau. Das entscheidende Teil ist hier also ein Mikroskop. Das ist ein inverses Mikroskop, das heißt, Sie schauen die Probe von unten an. Und dann kommt die Probe, die liegt hier auf diesem kleinen Teller."
Auf einem schwingungsgedämpften Tisch steht ein handelsübliches Lichtmikroskop. Die Proben, das sind durchsichtige Glasplättchen mit Flüssigkeitströpfchen, in denen RNA-Stränge schwimmen – die einsträngigen Verwandten der DNA-Helix. Um die genetische Information der RNA-Moleküle auszulesen, schwebt auf Tuchfühlung über ihnen die ultrafeine Nadel eines zweiten Mikroskops, das entfernt an eine Küchenwaage erinnert. Deckert:
"Die Probe liegt genau zwischen dem normalen Mikroskop und dem so genannten Rasterkraftmikroskop. Das Rasterkraftmikroskop, das tastet die Probe, wenn man will, sogar auf atomarer Skala ab. Bei uns nicht ganz so genau, ist auch nicht notwendig. Und durch diese Sonde, die wir dann ganz speziell entwickelt haben, wird dann das Licht verstärkt. Und nicht nur verstärkt, sondern auch konzentriert. Und deshalb haben wir diese sehr, sehr hohe Ortsauflösung, die viel besser ist, als das, was ein normales optisches Mikroskop überhaupt bekommen kann."
Spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie heißt die trickreiche Kombination zweier Messverfahren. Durch das Objektiv des Lichtmikroskops fällt Laserlicht auf die Probe und versetzt die Erbgutmoleküle darin in Schwingung. Wo genau es das tut, entscheidet die Nadel des Rasterkraftmikroskops. Ihre versilberte Spitze wirkt wie ein Brennglas, mit dem sich gezielt winzige Bereiche des Erbgutstrangs schütteln lassen. Das gestreute Laserlicht verrät dann, welche Moleküle da gerade schwingen. Deckert:
"Also, jedes Molekül hat einen typischen Fingerabdruck. Und das nutzen wir aus. Die einzelnen Basen am DNA-Strang, die haben auch jede für sich einen Fingerabdruck – also Adenin, Cytosin, und so weiter. Und das ist der Trick, den wir verwenden."
Weil die direkte Anregung einzelner Basen dann doch zu knifflig wäre, messen die Dortmunder Forscher überlagerte Schwingungen mehrerer Erbgut-Buchstaben. Deren schrittweise Veränderung beim Abtasten der RNA liefert dann die Basenfolge auf dem Strang – und somit eine direkte genetische Charakterisierung. Die heute üblicherweise notwendige tausendfache Vervielfältigung der Erbgutschnipsel mittels der so genannten Polymerase-Kettenreaktion PCR ist überflüssig. Deckert:
"Die Erfahrung, die wir da gemacht haben jetzt auch bei den ersten Messungen, zeigen, dass die Spektren sehr, sehr ähnlich zueinander sind. Das heißt, wir können mit großer Sicherheit sagen, dass wir die einzelnen Basen unterscheiden können."
Volker Deckert schätzt, dass sich in fünf bis sechs Jahren ein kommerzieller Prototyp seiner Leselupe für RNA realisieren ließe. Hersteller von Rasterkraftmikroskopen haben bereits Interesse bekundet, die Entwicklung voran zu treiben.
"Das ist ein speziell ausgerüstetes Labor dafür, möglichst wenig Geräuschempfindlichkeit und möglichst wenig Schwingungsempfindlichkeit zu zeigen. Wir müssen das unterdrücken, damit wir möglichst wenig von diesen Störeffekten haben, weil wir wollen ja dann nachher die einzelne DNA Schritt für Schritt abtasten, die einzelnen Basen."
Volker Deckert will das Auslesen der Basenfolge auf einem Erbgutstrang so simpel zu machen, wie das Scannen eines Strichcodes an der Supermarktkasse. Weil ein DNA-Strang rund 10.000 Mal dünner ist als ein menschliches Haar, klingt das ziemlich vermessen. Man braucht eine sehr starke Leselupe, um den genetischen Code direkt erkennen zu können. Deckert:
"Also das ist der gesamte Aufbau. Das entscheidende Teil ist hier also ein Mikroskop. Das ist ein inverses Mikroskop, das heißt, Sie schauen die Probe von unten an. Und dann kommt die Probe, die liegt hier auf diesem kleinen Teller."
Auf einem schwingungsgedämpften Tisch steht ein handelsübliches Lichtmikroskop. Die Proben, das sind durchsichtige Glasplättchen mit Flüssigkeitströpfchen, in denen RNA-Stränge schwimmen – die einsträngigen Verwandten der DNA-Helix. Um die genetische Information der RNA-Moleküle auszulesen, schwebt auf Tuchfühlung über ihnen die ultrafeine Nadel eines zweiten Mikroskops, das entfernt an eine Küchenwaage erinnert. Deckert:
"Die Probe liegt genau zwischen dem normalen Mikroskop und dem so genannten Rasterkraftmikroskop. Das Rasterkraftmikroskop, das tastet die Probe, wenn man will, sogar auf atomarer Skala ab. Bei uns nicht ganz so genau, ist auch nicht notwendig. Und durch diese Sonde, die wir dann ganz speziell entwickelt haben, wird dann das Licht verstärkt. Und nicht nur verstärkt, sondern auch konzentriert. Und deshalb haben wir diese sehr, sehr hohe Ortsauflösung, die viel besser ist, als das, was ein normales optisches Mikroskop überhaupt bekommen kann."
Spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie heißt die trickreiche Kombination zweier Messverfahren. Durch das Objektiv des Lichtmikroskops fällt Laserlicht auf die Probe und versetzt die Erbgutmoleküle darin in Schwingung. Wo genau es das tut, entscheidet die Nadel des Rasterkraftmikroskops. Ihre versilberte Spitze wirkt wie ein Brennglas, mit dem sich gezielt winzige Bereiche des Erbgutstrangs schütteln lassen. Das gestreute Laserlicht verrät dann, welche Moleküle da gerade schwingen. Deckert:
"Also, jedes Molekül hat einen typischen Fingerabdruck. Und das nutzen wir aus. Die einzelnen Basen am DNA-Strang, die haben auch jede für sich einen Fingerabdruck – also Adenin, Cytosin, und so weiter. Und das ist der Trick, den wir verwenden."
Weil die direkte Anregung einzelner Basen dann doch zu knifflig wäre, messen die Dortmunder Forscher überlagerte Schwingungen mehrerer Erbgut-Buchstaben. Deren schrittweise Veränderung beim Abtasten der RNA liefert dann die Basenfolge auf dem Strang – und somit eine direkte genetische Charakterisierung. Die heute üblicherweise notwendige tausendfache Vervielfältigung der Erbgutschnipsel mittels der so genannten Polymerase-Kettenreaktion PCR ist überflüssig. Deckert:
"Die Erfahrung, die wir da gemacht haben jetzt auch bei den ersten Messungen, zeigen, dass die Spektren sehr, sehr ähnlich zueinander sind. Das heißt, wir können mit großer Sicherheit sagen, dass wir die einzelnen Basen unterscheiden können."
Volker Deckert schätzt, dass sich in fünf bis sechs Jahren ein kommerzieller Prototyp seiner Leselupe für RNA realisieren ließe. Hersteller von Rasterkraftmikroskopen haben bereits Interesse bekundet, die Entwicklung voran zu treiben.