METAL - Enzymatische Fotolithografie

Die chemische Synthese von DNA, RNA und anderen Arten von Nukleinsäuren ist ein hocheffizienter und kostengünstiger Prozess, der von der überwiegenden Mehrheit der Akteure in Wissenschaft und Industrie übernommen wurde. Dieser Prozess, bei dem hochreaktive DNA- und RNA-Bausteine namens Phosphoramidite verwendet werden und die DNA-Kette bei der Festphasesynthese Baustein für Baustein wächst, ist seit seiner Einführung vor mehr als vierzig Jahren praktisch unverändert geblieben. Eine bemerkenswerte Entwicklung ist die Möglichkeit, DNA-Moleküle parallel zu synthetisieren, wobei geringfügige Modifikationen der Phosphoramidit-Chemie vorgenommen werden, um Objekte zu erzeugen, die als Microarrays bezeichnet werden. Microarrays oder die Hochdurchsatz-Nukleinsäuresynthese können den ständig wachsenden Bedarf an längeren, komplexeren Sequenzbibliotheken in Forschungsbereichen wie der Datenspeicherung auf DNA, der Gensynthese und der synthetischen Biologie decken. Inzwischen hat sich eine neue Strategie für die Synthese von Nukleinsäuren herausgebildet, bei der Polymerasen zur Synthese von Nukleinsäureketten eingesetzt werden. Wichtig ist, dass diese Polymerasen keine sogenannte Matrize, d. h. einen DNA-Strang, benötigen, um das Komplement zu produzieren, wie dies bei der DNA-Replikation und der RNA-Transkription der Fall ist. Stattdessen verlängern diese Enzyme DNA-Ketten auf eine nicht-matrizengebundene Weise, indem sie zufällig Nukleotide hinzufügen. Um Ketten mit der gewünschten Sequenz zu bilden, wurde bei den meisten enzymatischen Ansätzen eine chemische Lösung entwickelt, bei der Nukleotide schrittweise hinzugefügt werden und die weitere enzymatische Verlängerung blockiert wird, bis ein geeignetes Reagenz die Kette für die Hinzufügung des nächsten Nukleotids freigibt. Die enzymatische Nukleinsäuresynthese verspricht, die Einschränkungen der Phosphoramidit-Chemie zu umgehen und eine größere Kettenlänge bei geringeren Produktionskosten und einer deutlich reduzierten Umweltbelastung zu erreichen. In diesem Projekt wollen wir diese beiden aktuellen Entwicklungen enzymatische Synthese und Mikroarray-Herstellung in einer einzigen Fertigungsplattform kombinieren, auf der die DNA- und RNA-Synthese enzymatisch und parallel stattfindet, sodass in einem einzigen Durchlauf Hunderttausende von Sequenzen hergestellt werden können. Dieses Projekt ist eine internationale Zusammenarbeit zwischen Österreich und Frankreich und zwischen den Gruppen von Jory Lietard an der Universität Wien und Fabienne Levi-Acobas am Pasteur-Institut, wo sie ihre jeweiligen Kräfte und ihr Fachwissen auf dem Gebiet der Mikroarray- und enzymatischen Synthese bündeln werden, um dieses Projekt zu verwirklichen.