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03.08.09 Einfache Handhabung von Molekülbibliotheken im Mia-Bereich dank DNA-Barcode

800 Mio Verbindungen mit DNA-Barcode

Wissenschaftler der GSK in Waltham, USA synthetisieren riesige Molekülbibliothek

GSK-Wissenschaftler berichten in Nature Chemical Biology über die einfache Synthese der bislang grössten Molekülbibliothek, in welcher jedes Molekül ein einzigartiger DNA-Barcode enthält, der die Identifikation problemlos ermöglicht.

Vorgehensweise: DNA wird an Molekül geheftet und mit jedem chemischen Verlängerungs-Schritt wird der DNA-Marker mit spezifischen DNA-Bausteinen enzymatisch verlängert. Mischungen so erhaltener Wirkstoffe können gegen eine Zielverbindung wie ein Enzym getestet werden (Affinity selection). Nur die bindungsstärksten Moleküle werden dann sequenziert, um festzustellen, um welche Moleküle es sich eigentlich handelt. Diese Moleküle werden dann ohne den DNA-Barcode nachsynthetisert und gegen die Zielverbindung getestet.
Quelle: Barry A. Morgan, Nat. Chem. Biol.

Barry A. Morgan, ein Wissenschaftler der Glaxo Smith Kline in Waltham, USA nutzte eine Verbindung zwischen Molekülen und doppelsträngiger DNA, um daraus eine Molekülbibliothek zu synthetisieren, die bislang bekannte Bibliotheken um mehrer Grössenordnungen schlägt. Die DNA wird direkt ans eigentliche Molekül geheftet, was die Aufgabe wesentlich vereinfacht. Der erste Wirkstoffbaustein wird hierbei mit Hilfe eines Verbindungsmoleküls an die DNA gebunden. Die so erhaltenen Verbindung aus DNA und Aminosäure mit freier Aminogruppe wird nun auf 192 Gefässe verteilt und in 192 Reaktionen um jeweils eine weitere Aminosäure verlängert. Die daraus entstandenen 192 Verbindungen werden aufgereinigt. Die DNA wird anschliessend enzymatisch jeweils spezifisch um Bausteine verlängert, um daraus jederzeit auf die verwendeten Aminosäuren schliessen zu können. Die so erhaltenen 192 DNA-markierten Verbindungen werden in einem Gefäss vermischt und anschliessend wieder auf 192 Gefässe verteilt. Die Prozedur startet von neuem. Nach zwei Schritten zu jeweils 192 chemischen und 192 enzymatischen Verlängerungen erhält man insofern schon 38864 Verbindungen. Jeder weitere Schritt erhöht die Zahl an unterschiedlichen Molekülen somit um den Faktor 192.

Diese Vorgehen heisst "split-and-pool" und ermöglicht die schnelle Generierung wirklich grosser Bibliotheken, wobei der Nachteil eben ist, dass die Moleküle wild durchmischt sind. Die Schwierigkeit besteht also darin, aus der Bibliothek die aktiven Verbindungen herauszufischen. Hierzu wird ein Enzym, das gehemmt werden soll, an einer Festphase gebunden und mit einer Molekülmischung versetzt. Nicht-bindende Moleküle können dann heruntergewaschen werden. Das Enzym wird anschliessend denaturiert, um die bindenden Wirkstoffe freizusetzen. Die erhaltene Substanzmenge an Wirkstoffen ist hier bescheiden und die aktiven Moleküle können nicht problemlos als solche analysiert werden. Dank der DNA steht aber ein Arsenal an biochemischen Methoden zur Verfügung: PCR erlaubt die Herstellung von genügend analysierbarer Substanzmenge an DNA, die dann problemlos sequenziert werden kann und durch die Sequenz die Zusammensetzung der Wirkstoffe verrät. Die Wirkstoffe können dann rein und in grosser Menge hergestellt werden.

Quelle:

Design, synthesis and selection of DNA-encoded small-molecule libraries
M. A. Clark, et. al., Nat. Chem. Biol. 2009, DOI: 10.1038/nchembio.211

Bitte zitieren Sie die Seite wie folgt:

Einfache Handhabung von Molekülbibliotheken im Mia-Bereich dank DNA-Barcode
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2009/aug/bibliothek.shtm)

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