"Gentests wären künftig wie Schwangerschaftstests"

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Ein Foto der menschlichen DNA? Hört sich eher langweilig an. Ein Schnellcheck, mit dem sich jeder Mensch selbst auf Erbkrankheiten untersuchen kann? Das klingt schon wesentlich spektakulärer – und würde die individualisierte Medizin sicher umkrempeln und unter Garantie gleichzeitig eine neue Ära der Bioethik einleiten.

Was das eine mit dem anderen zu tun hat, kann der Leibniz-Preisträger Thomas Carell erklären, der zusammen mit internationalen Kollegen ein solches Verfahren entwickelt hat. Technology Review unterhielt sich mit dem Professor, der an der Fakultät für Chemie und Pharmazie an der Ludwig-Maximilians-Universität München forscht.

TR: Herr Carell, Sie erklären, dass man erst Erbgutschichten auf einen ganz normalen Fotofilm träufeln kann und daraus zweitens einen Schnelltest entwickeln könnte. Wie soll das funktionieren?

Carell: Langsam, das ist sehr verkürzt dargestellt. Wir haben tatsächlich ein Verfahren entwickelt, in dem wir DNA-Sonden mit kleinen Fotorezeptoren verbinden, die man auf einem Schwarzweißfilm sichtbar machen kann.

TR: Wie kommt man auf so eine Idee?

Carell: Wir haben ganz einfach überlegt, wo wir statt der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) andere Verstärkungsreaktionen verwenden können. Da ist uns eingefallen, dass die Fotografie ein einzelnes Photon nachweisen kann. Das Prinzip geht tatsächlich auf die Schwarzweiß-Fotografie zurück. Dazu muss man sich vergegenwärtigen, dass Filme eigentlich nur auf blaues Licht reagieren. Wenn Sie eine Blume mit unterschiedlichen Farben schwarzweiß aufnehmen wollen, nimmt der Film erst mal nur die bläulichen Reflektionen wahr.

TR: Einwurf: Auf meinen Bilder ist die Blume immer in allen Grauabstufungen zu sehen . . .

Carell: . . . sicher. Das liegt daran, dass man den Film bearbeitet hat. Er ist mit so genannten Sensibilisatoren beschichtet. Ein großer Teil der Fotografieforschung war über Jahrzehnte damit beschäftigt, solche Fotorezeptoren zu finden. Empfangen sie das Licht der Wellenlängen, für die sie empfindlich sind, werden sie angeregt, beginnen auf dem Film ihre Energie auf die Silberbromidschicht zu übertragen. Aber der ursprüngliche Film ist tatsächlich nur für blaues Licht empfänglich. Das erklärt auch, warum sie im Fotolabor unter Rotlicht arbeiten.

TR: Das leuchtet ein.

Carell: Wir haben nun solche Sensibilisatoren, in diesem Fall Cyanofarbstoffe, an DNA-Fragmente gekoppelt und nach einem Schwarzweißfilm gesucht, der außer Blau keine anderen Farben wahrnimmt. Die Suche nach dem Film hat sich bei der ganzen Entwicklung als echte Hürde herausgestellt. Aber schließlich sind wir fündig geworden. Tropft man nun die mit dem Sensibilisator verknüpfte DNA auf den Film und bestrahlt ihn mit rotem Licht, so werden die Rezeptoren angeregt, und das Silberbromid auf dem Film bildet schließlich kleine schwarze Silberkeime. Zur Diagnostik kann man sich nun das biologische Prinzip zunutze machen, das auch bei Genchips eingesetzt wird. Man taucht seine Sonden in eine Probe, und sie suchen automatisch das passende Gegenstück dazu.

TR: Also haben Sie ein weiteres Verfahren entwickelt, das Gene und DNA-Fragmente identifizieren kann. Die gibt es doch aber bereits als Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder Genchip. Ist Ihr neues Prinzip dann nicht überflüssig?

Carell: Dieser Fotonachweis hat noch ein paar Finessen. Die kleinen DNA-Antennen, die man mit den Sensibilisatoren verknüpft, liegen in der Regel wie kleine Haarnadelschleifen vor. Erst wenn sie sich mit ihrem Gegenstück verbinden, klappen sie auf. Wir haben nun nicht nur die Fluoreszenz-Rezeptoren selbst an das eine Ende angebracht, sondern zusätzlich eine Art "Lichtschalter" an das andere Ende montiert. Solange die Sonde sich nicht an ihr Pendant auf dem Erbgut bindet, steht er auf "Aus". Nur während sie sich aufklappt, zieht sie bildlich gesprochen am Schalter, und die Rezeptoren werden lichtempfänglich. So konnten wir etwa den Pest-Erreger nachweisen.