DNA-Sterne leuchten heller

Eine Energiefalle nach dem Vorbild der Natur haben amerikanische Chemiker ersonnen. Ihre Konstruktion besteht aus einem DNA-Gerüst, in dem zahlreiche Farbstoffmoleküle aufgehängt sind. Werden diese von Licht getroffen, leiten sie die Energie an ein einzelnes Farbstoffmolekül weiter und regen es zu intensivem Leuchten an.

Grafik: Carnegie Mellon University

Auf ganz ähnliche Art und Weise fangen Pflanzen das Sonnenlicht zwecks Photosynthese ein - mit Hunderten Farbstoffmolekülen auf großen Proteinflößen. “Wir haben alle Komponenten in einem sehr kleinen Paket vereint”, erklärt Andrea Benvin von der Carnegie Mellon University. “So können wir mit hoher Empfindlichkeit Moleküle aufspüren, ohne dabei jene biologischen Prozesse zu stören, die wir ja verstehen wollen.”

Die Basis der neuen Leuchtmarken bildet ein dreizackiger Stern aus drei kurzen DNA-Strängen. Diese Stränge sind miteinander durch flache organische Moleküle verbunden, die DNA-Basen. Zwischen jedes zweite Basenpaar schleusen Benvin und Kollegen ein Molekül eines Fluoreszenzfarbstoffs. Auf diese Weise sind sich die Farbstoffmoleküle gerade nahe genug, um einander energetisch anregen zu können, ohne dabei Strahlung auszusenden. Schließlich wird an einen Zacken des “Sterns” ein Farbstoffmolekül eines anderen Typs gehängt.

In einem DNA-Gerüst mit insgesamt 30 Basenpaaren, kommen 15 Antennen-Farbstoffmoleküle auf ein Sender-Farbstoffmolekül. Solche DNA-Sterne leuchten bei gleichen Anregungsbedingungen gut 15-mal heller als einzelne Sender-Moleküle, berichtet die Forschergruppe im “Journal of the American Chemical Society”.

Diese Ausbeute könne weiter gesteigert werden, indem man die DNA-Stränge verlängere, erläutert Bruce Armitage, der Leiter der Arbeitsgruppe. Zudem könnten die Sender-Moleküle leicht ausgetauscht werden, um unterschiedliche Farben zu erzielen. “Die Hauptvorteile unseres Systems sind die Schlichtheit des Designs und die Leichtigkeit, mit der Fluoreszenzhelligkeit und -farbe angepasst werden können.”

Forschung: Andrea L. Benvin und Bruce A. Armitage, Department of Chemistry und Molecular Biosensor and Imaging Center, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania

Veröffentlichung Journal of the American Chemical Society, 10.1021/ja066354t

WWW:
The Armitage Group
Aufbau und Struktur der Erbsubstanz
Fluoreszenz
Excitation Energy Transfer and Energy Migration

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