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Mensa und Mathetower im Sonnenuntergang © Roland Baege​/​TU Dortmund

Interdisziplinäre Zusammenarbeit der Ar­beits­krei­se Brun­schwei­ger, Weberskirch und Raunser

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  • Neues aus der Fakultät 2019
DNA-kodierte Mo­le­kül­bi­blio­the­ken haben sich zu einer stark nachgefragten Technologie für die Wirkstoffsuche entwickelt. Die Ent­wick­lung neuer Synthesemethoden für die Her­stel­lung dieser Mo­le­kül­bi­blio­the­ken ist aufgrund der che­mi­schen Labilität der DNA technisch sehr herausfordernd. Eine interdisziplinäre Zusammenarbeit der Ar­beits­krei­se Brun­schwei­ger, Weberskirch und Raunser konnte einen neuen Ansatz zur Her­stel­lung DNA-kodierter Mo­le­kül­bi­blio­the­ken entwickeln, der auf der Verkapselung von Katalysatoren in Mizellen beruht. Diese Arbeit wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Grafische Illustration © CCB​/​TU Dortmund

Die Suche nach neuen Wirkstoffen ist ein komplexes, risikoreiches Unterfangen. Die Kopplung von wirkstoffartigen Mo­le­kü­len an DNA-Sequenzen, die als Barcodes der Moleküle fungieren, ermöglicht, sehr große Bibliotheken solcher Moleküle kostengünstig herzustellen und höchst effizient auf potentielle Wirk­stof­fe zu testen. Die chemische Labilität der DNA schränkt bislang das Methodenspektrum zur Her­stel­lung dieser Mo­le­kül­bi­blio­the­ken extrem ein. Daher liegt eine zentrale Herausforderung, um diese spannende Technologie weiterzuentwickeln, in der Ent­wick­lung von Synthesemethoden, um ein breites Spektrum an Mo­le­kü­len kodiert herstellen zu können.

In einer interdisziplinären Zusammenarbeit, die weltweit in dieser Form nur in Dortmund durchgeführt werden konnte, haben Wissenschaftler der beiden Ar­beits­krei­se Brun­schwei­ger und Weberskirch an der TU Dortmund und des Arbeitskreises Raunser am MPI Dortmund die Anwendung einer innovativen Katalysatorklasse für die Synthese von DNA-markierten Mo­le­kü­len gezeigt. Im Ar­beits­kreis von Prof. Weberskirch hergestellte Polymere bilden Nanometer-große, dreidimensionale Strukturen, sogenannte Öl-in-Wasser-Mizellen, in Wasser und immobilisieren in ihrem hydrophoben Kern einen Katalysator. Dieser Katalysator ist somit unzugänglich verkapselt für den wasserlöslichen DNA-Barcode. Der Ar­beits­kreis von Dr. Brun­schwei­ger konnte nachweisen, dass in diesen Nanoreaktoren kleine, an DNA-gekoppelte Ausgangsprodukte selektiv, ohne DNA-Zerstörung, zu gewünschten Zielstrukturen umgesetzt werden. Im Ar­beits­kreis von Prof. Raunser wurden die Reaktionen durch elektronenmikroskopische Aufnahmen untersucht. Das hier gezeigte Prinzip der mizellaren Katalyse bietet ein erhebliches Potential zur breiten Anwendung nicht nur in der Synthese von DNA-ko­dier­ten Mo­le­kül­bi­blio­the­ken, sondern auch zur selektiven Modifikation anderer Biomakromoleküle.

Die Forschungen zur mizellaren Katalyse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society einem internationalen Fachpublikum vorgestellt.

"Micellar Brønsted Acid Mediated Synthesis of DNA-Tagged Heterocycles"
M. Klika Škopić, K. Götte, C. Gramse, M. Dieter, S. Pospich, S. Raunser, R. Weberskirch*, A. Brun­schwei­ger, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 26, 10546-10555.

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