Einen Universaldetektor, der so unterschiedliche Stoffe wie Antibiotika, Betäubungsmittel oder Sprengstoff, nachweisen kann, haben jetzt Forscher mit Hilfe eines Rasterkraftmikrokops und spezieller Moleküle, der so genannte Aptamere, entwickelt. Mit ihrer Hilfe können einzelne Moleküle einem Zugtest unterzogen werden. Auf diese Weise lässt sich ein Stoff nicht nur in kleinen Konzentrationen zielgenau nachweisen, sondern auch genauer studieren. So lässt sich etwa untersuchen, wie die gesuchten Stoffe an bestimmte „Ködermoleküle“ binden oder wie groß deren Bindungsstärke ist.
Die so genannten Aptamere sind ein geradezu ideales Mittel, um Chemikalien höchst unterschiedlicher Art nachzuweisen. Sie bestehen typischer Weise aus den Bausteinen aus der die Erbsubstanz DNA und RNA und vereinen Universalität mit Spezifität. Sie bilden gewissermaßen einen Koffer voller Köder, mit denen sich jeweils eine andere Fischart fangen lässt. Ihre Vielseitigkeit resultiert aus den unzähligen Möglichkeiten, die Abfolge der vier Basen zu variieren, aus denen sich DNA zusammensetzt. Ihre Spezifität wiederum ergibt sich aus der räumlichen Struktur, die ein DNA-Strang mit einer bestimmten Basen-Abfolge annimmt. Dadurch ergeben sich im Aptamer individuell geformte Taschen, in die nur bestimmte Moleküle hineinpassen, wie eine Tonfigur in ihre Form.
Passgenaue Taschen für Testmoleküle
„Für die meisten Moleküle, seien es Antibiotika, Kokain, TNT oder Proteine, lassen sich Aptamere mit passenden Taschen finden“, erklärt Rüdiger Berger vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung. Aus den passenden Aptameren suchen die Mainzer Forscher eines heraus, welches sich so in zwei Teile schneiden lässt, dass das in der Tasche gebundene Zielmolekül eine Brücke zwischen den beiden Hälften bildet. Für ihre ersten Versuche mit dem Universaldetektor haben die Forscher als Zielmolekül Adenosinmonophosphat (AMP) und ein Aptamer gewählt, das Taschen für zwei AMP-Moleküle besitzt.
Dann verankern sie die eine Hälfte des geteilten Aptamers an der Spitze eines Rasterkraftmikroskopes und die andere auf einer Unterlage. Wenn sie nun die Spitze senken und die Hälften in Kontakt kommen, bilden sich so genannte Wasserstoffbrücken-Bindungen zwischen einzelnen Basen der beiden Aptamer-Hälften. Wird die Spitze zurückgezogen, spannt sich das verbundene Aptamer wie eine Feder. Die dabei entstehende Kraft lässt sich messen. Sie steigt mit der Dehnung, bis die Hälften bei einer bestimmten Kraft auseinanderreißen.