Dr. Alexander Sandahl hat zusammen mit Professor Kurt Gothelf, Professor Troels Skrydstrup und einigen Studenten der Gruppen eine Methode zur effizienten und automatisierten Herstellung von Inhaltsstoffen für die DNA-Synthese entwickelt. Bildnachweis: Colourbox
Chemisch synthetisierter Short DNA Sequenzen sind äußerst wichtige Inhaltsstoffe mit unzähligen Anwendungen in Forschungslabors, Krankenhäusern und in der Industrie, wie bei der Methode zur Identifizierung COVID-19. Phosphoramidite sind notwendige Bausteine bei der Herstellung von DNA-Sequenzen, aber sie sind instabil und brechen schnell. Dr. Alexander Sandahl (Gruppe von Professor Kurt Gothelf) hat zusammen mit einem Forscher in der Gruppe von Professor Troels Skrydstrup einen neuen patentierten Weg entwickelt, um die instabilen Bausteine unmittelbar vor ihrer Verwendung schnell und effizient herzustellen und damit die DNA-Produktion zu rationalisieren.
Die erzeugten DNA-Sequenzen werden auch Oligonukleotide genannt. Diese werden häufig zur Krankheitserkennung, zur Herstellung von Arzneimitteln auf Oligonukleotidbasis und für verschiedene andere medizinische und biotechnologische Anwendungen verwendet.
Der hohe Bedarf an Oligonukleotiden erfordert daher ein effizientes automatisiertes Verfahren zu deren chemischer Herstellung. Dieser Prozess basiert auf Phosphoramiditen, chemischen Verbindungen, die den Nachteil haben, instabil zu sein, wenn sie nicht bei idealen -20 Grad gelagert werden Celsius.
Instrumente zur DNA-Synthese sind nicht in der Lage, die Phosphoramidite abzukühlen, und folglich ist es unvermeidlich, dass einige von ihnen nach der Zugabe in das Instrument abgebaut werden.
Schematischer Überblick über die Strategie zur Synthese von Phosphoramiditen in einem strömungsbasierten Aufbau. Quelle: Nature Commun 12, Artikel-Nr. 2760 (2021)
Vermeidung eines ungewollten Abbaus wichtiger Inhaltsstoffe
Professor Kurt Gothelf und Professor Troels Skrydstrup leiten jeweils eine Forschungsgruppe in organischer Chemie, die gemeinsam eine relativ einfache, aber effiziente Technologie entwickelt haben, mit der die Herstellung von Phosphoramiditen automatisiert und direkt in das Gerät zur DNA-Synthese integriert werden kann.
Dadurch wird sowohl deren manuelle Synthese, die normalerweise bis zu 12 Stunden dauern würde, als auch das Problem der Lagerung instabiler Phosphoramidite vermieden. Die Gruppe von Gothelf hat mit ihrer Expertise in der automatisierten DNA-Synthese beigetragen und die Gruppe von Skrydstrup hat ihr Know-how mit chemischen Reaktionen, die in kontinuierlich fließenden Flüssigkeiten stattfinden (Strömungschemie), beigetragen.
„Es war eine sehr lohnende Zusammenarbeit, die genau einer der Kernwerte von iNANO ist“, sagt Kurt Gothelf, der hinzufügt, „und ich möchte auch Alexander Sandahl einen großen Teil des Erfolgs dieses Projekts zuschreiben, denn“ er hat die Zusammenarbeit etabliert und einen Großteil der Ideen für das Projekt entwickelt und realisiert.“
Die Ergebnisse wurden gerade in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Bei der Herstellung von Phosphoramiditen werden Nukleoside (Ausgangsstoffe) durch ein festes Material (Harz) gespült, das potentiell vollständig in einen automatisierten Prozess im Gerät zur DNA-Synthese integriert werden kann. Das Harz sorgt dafür, dass die Nukleoside schnell phosphoryliert werden, wodurch die Nukleoside innerhalb weniger Minuten in Phosphoramidite umgewandelt werden. Aus dem Harz werden die Phosphoramidite automatisch auf den für die DNA-Synthese zuständigen Teil des Gerätes gespült.
Dadurch wird der Abbau der Phosphoramidite vermieden, da diese erst kurz vor ihrem Einsatz (on-demand) hergestellt werden, schneller, effizienter, strömungsbasiert, potenziell automatisierbar und auch für Nicht-Chemiker bedienbar.
Referenz: „On-demand-Synthese von Phosphoramidit“ von Alexander F. Sandahl, Thuy JD Nguyen, Rikke A. Hansen, Martin B. Johansen, Troels Skrydstrup und Kurt V. Gothelf, 12. Mai 2021, Nature Communications veröffentlicht .
DOI: 10.1038 / s41467-021-22945-z
Die Forschung wird von der Lundbeck Foundation, der Novo Nordisk Foundation (CEMBID), dem Independent Research Fund Denmark und der Danish National Research Foundation (CADIAC) finanziell unterstützt.
