DNA-Sonde
Synonym: Gensonde
Englisch: DNA probe, gene probe
Definition
DNA-Sonden sind kurze, einzelsträngige DNA-Fragmente, die zur Detektion oder Isolierung komplementärer DNA- oder RNA-Sequenzen eingesetzt werden. Das Binden der Sonde an die Zielsequenz wird als Hybridisierung bezeichnet.
Hintergrund
DNA-Sonden werden seit den 1970er-Jahren in der Genetik, Diagnostik und forensischen Medizin eingesetzt. Mit ihrer Hilfe lassen sich krankheitsassoziierte Gene, Infektionserreger oder Mutationen identifizieren.
Eigenschaften
Typischerweise bestehen DNA-Sonden aus 20–1000 Nukleotiden. Um die Bindung der Sonde an die Zielsequenz sichtbar zu machen, werden sie mit Markierungen versehen, die entweder radioaktiv, fluoreszierend oder enzymatisch (z.B. Biotin oder Digoxigenin) sein können.
Synthese
DNA-Sonden können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Kurze Oligonukleotide bis etwa 100 Basenpaare werden in der Regel chemisch synthetisiert. Dies geschieht durch eine schrittweise Verlängerung des DNA-Strangs auf einem festen Träger (Solid-Phase-Synthese). Während dieses Prozesses lassen sich Markierungen wie Fluorophore oder Biotin direkt einbauen.
Längere DNA-Sonden entstehen meist durch biotechnologische Verfahren. Dabei wird ein DNA-Fragment, das komplementär zur Zielsequenz ist, in einem Vektor kloniert und anschließend durch in-vitro-Transkription oder Polymerase-Kettenreaktion vervielfältigt. Eine gängige Methode ist die Nick-Translation, bei der markierte Nukleotide während der Reparatur eines DNA-Strangs eingebaut werden. Auch die Random-Primed-Synthese erlaubt die Herstellung komplexerer, radioaktiv oder fluoreszierend markierter DNA-Sonden.
Hybridisierung
Die DNA-Sonde kann sich an komplementäre Gensequenzen anlagern. Dazu muss die zu untersuchende DNA als Einzelstrang vorliegen. Das geschieht in der Regel durch Erhitzen der DNA auf 95 ºC. Die Anlagerung an die komplementäre Sequenz wird durch Wasserstoffbrückenbindung vermittelt. Die Stringenz kann durch die Reaktionsbedingungen (z.B. Temperatur, Salzkonzentration) während des Hybridisierungsprozesses angepasst werden.
Diagnostische Verfahren
- Southern Blot: Nachweis spezifischer DNA-Fragmente
- Northern Blot: Nachweis von RNA (mittels DNA- oder RNA-Sonde)
- Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH): Visualisierung von DNA-Abschnitten auf Chromosomen
- Microarrays: gleichzeitige Untersuchung tausender Sequenzen