Ein Forschungsteam unter Leitung der Universität zu Köln hat erstmals ein künstliches DNA-Basenpaar geschaffen, das nicht auf Wasserstoffbrückenbindungen, sondern auf Halogenbindungen als stabilisierende Kraft beruht. Die synthetischen Basen enthalten ein Halogenatom, vorzugsweise Iod, und bilden präzise gerichtete Wechselwirkungen, die stabile Paarungen ermöglichen.

Die Studie unter dem Titel „Investigating Halogen Bonds as Pairing Force in an Artificial DNA Base Pair“ erschien im Journal of the American Chemical Society. Sie zeigt, dass alternative chemische Bindungsprinzipien die Struktur von DNA unterstützen können.

Das Team um Professorin Dr. Stephanie Kath-Schorr vom Institut für Organische Chemie entwarf die neuen Bausteine zunächst mithilfe von Computersimulationen, um eine optimale räumliche Anordnung zu gewährleisten. Anschließend wurden die Moleküle synthetisiert und im Labor auf ihre Paarungsfähigkeit getestet. Die Experimente bestätigten, dass die künstlichen Basen zuverlässig und stabil zueinanderfinden.

Ein zentraler Erfolg liegt darin, dass eine natürliche DNA-Polymerase – das Enzym, das in Zellen neue DNA-Stränge aufbaut – die synthetischen Bausteine erkennt und in eine wachsende DNA-Kette einbaut. Damit ist das Basenpaar nicht nur chemisch stabil, sondern auch biologisch kompatibel.

Die Ergebnisse erweitern das Verständnis der molekularen Flexibilität von DNA. Während frühere künstliche Basenpaare meist das Prinzip der Wasserstoffbrücken nachahmten, demonstriert die neue Arbeit, dass das genetische Molekül auf grundlegend andere Bindungsmechanismen ansprechen kann.

Langfristig könnten solche erweiterten Basenpaare in der synthetischen Biologie Anwendung finden, etwa bei der Entwicklung neuer Diagnoseverfahren oder therapeutischer Ansätze. Die Studie unterstreicht die Möglichkeit, das genetische Alphabet über die natürlichen vier Basen hinaus zu erweitern.

Die Arbeit entstand am Institut für Organische Chemie der Universität zu Köln.

Original Paper:

Investigating Halogen Bonds as Pairing Force in an Artificial DNA Base Pair | Journal of the American Chemical Society

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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