Einfache und kostengünstige Methode zur Produktion modifizierter DNA-Sequenzen

Die Entwicklung von Arzneimitteln auf DNA-/RNA-Basis, wie COVID-19-Impfstoffe, schreitet rasant voran. Die derzeitigen Produktionsmethoden sind kostspielig. Forscher der Universität Aarhus (Dänemark) haben nun eine wirksame und kostengünstige Methode zur Herstellung stabiler, modifizierter DNA-Sequenzen für diese modernen Medikamente gefunden.

Die Herstellung kurzer DNA- und RNA-Sequenzen, so genannter Oligonukleotide, ist heute unverzichtbar für die Diagnostik (COVID-19-Test), die DNA-Sequenzierung, die Gensynthese für die synthetische Biologie und die Gentherapie, wie z. B. beim CRISPR-Cas9-Verfahren.

Die Technologie der Oligonukleotidherstellung hat sich seit ihrer Entwicklung im Jahr 1981 weiterentwickelt, aber die zugrunde liegende Chemie ist weitgehend unverändert geblieben. Man ist nach wie vor auf Phosphoramidite angewiesen, chemische Verbindungen, die im Produktionsprozess leider instabil sind.

Kurt Gothelf und seine Forschungsgruppe haben in einer vorausgehenden Arbeit bereits einen effizienteren Weg zur Herstellung der Bausteine für Oligonukleotide aufgezeigt. Sie haben ein flussbasiertes Verfahren entwickelt haben, mit dem Phosphoramidite unmittelbar vor ihrer Verwendung hergestellt werden können, wodurch dieser Abbau vermieden wird.

Teurer Erwerb von DNA-Sequenzen mit speziellen Funktionen

Es besteht ein großer Bedarf an Oligonukleotiden, die so modifiziert sind, dass ihnen spezielle Funktionen inne wohnen. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass Oligonukleotide, die mit bestimmten Zuckern modifiziert wurden, von der Leber aufgenommen werden. Auf dieser Grundlage werden verschiedene Oligonukleotid-Arzneimittel eingesetzt, die hepatische Proteine regulieren und so auf bestimmte Krankheiten einwirken. Wichtig ist auch die Möglichkeit, Farbstoffe an Oligonukleotide anzuhängen, da dies häufig in der Diagnostik und Forschung eingesetzt wird.

Normalerweise erhalten die Oligonukleotide diese speziellen Funktionen, indem die Phosphoramidite bereits in der Herstellung mit einem bestimmten chemischen Rest oder der gewünschten funktionellen Gruppe versehen werden. Es gibt kommerzielle Kataloge mit mehreren hundert Varianten dieser modifizierten Phosphoramidite. Solche modifizierten Phosphoramidite sind jedoch in den meisten Fällen sehr teuer in der Herstellung und, wie bereits erwähnt, in Flüssigkeiten bei Raumtemperatur instabil.

Neue einfache und kostengünstige Methode zur Synthese von Spezialbausteinen

In einem kürzlich in „Nucleic Acids Research“ veröffentlichten wissenschaftlichen Artikel stellen Angel Santorelli und Kurt Gothelf eine einfache und kostengünstige Methode vor, um Modifikationen an Oligonukleotiden vorzunehmen, ohne dass spezielle Phosphoramidite benötigt werden. Dazu verwenden sie chemische Verbindungen, sogenannte Sulfonylazide, die Oligonukleotide während der chemischen Synthese mit vielen verschiedenen Funktionen versehen können.

Die Methode ist mit der bereits erwähnten automatisierten und flussbasierten Methode zur Oligonukleotidsynthese kompatibel, bei der der Abbau der Phosphoramidite vermieden wird. Die kürzlich veröffentlichte Methode zur Synthese modifizierter Phosphoramidite kann somit als einfache Alternative zu den instabilen und teuren Spezialphosphoramiditen dienen, die derzeit für die Herstellung modifizierter Oligonukleotide verwendet werden.

(ah)