Construction of a DNA-Force-Apparatus

Abstract

DNA ist das Molekül, das alle genetischen Informationen enthält, um das Leben auf der Erde zu konstruieren und zu unterhalten. Daher haben sich Forscher schon seit langer Zeit mit diesem Molekül intensiv beschäftigt. Wird DNA gestreckt, so verhält es sich bei kleinen Kräften wie eine entropische Feder und dann gemäß dem Hookeschen Gesetz. Wird die Kraft jedoch größer als ca. 65 pN, so beginnt ein Kraftplateau bis zur 1:7-fachen Streckung über die Konturlänge von 16:5 µm. Bevor das Molekül reißt, steigt die Kraft noch einmal steil an. Dieses Verhalten scheint eine biologische Relevanz zu besitzen, denn schon länger ist bekannt, daß DNA von einem Protein wie RecA bis auf die 1:5-fache Länge gestreckt wird. Doch alle bisher durchgeführten Experimente basieren auf Studien an einzelnen oder Doppelbrechungsmessungen. Daher habe ich eine DNA-Kraft-Apparatur entworfen, die für optische Experimente optimiert ist. Um die nötige Anzahl von Molekülen für die optischen Experimente zu strecken, ist eine Fläche von ca. 1mm2 nötig. Damit jedoch alle Moleküle gleich stark gestreckt werden, ist es nötig, daß die Platten, zwischen denen sie eingespannt werden, sehr gut parallel ausgerichtet werden. Die entwickelte Apparatur erlaubt die Ausrichtung bis auf eine Verkippung von weniger als 58 nm. Um dies zu erreichen, wird sowohl die Position der Rückreflexion der Platten als auch die Interferenz zwischen den Reflexen ausgenutzt. Die Kraft wird über die Verbiegung eines 30 µm dicken und 7mm langen Glasstreifens mittels Faserinterferometrie gemessen. So ergibt sich eine Kraftauflösung von wenigen nN, die durch die hohe Stabilität der Apparatur erreicht wurde. Desweiteren wurde eine Software zur Auswertung der Daten entwickelt, die es erlaubt mit dem Faserinterferometer auch über viele Mikrometer Distanzen genau zu vermessen. Der Vergleich von Kraftsensoren aus Glas und monokristallinem Silizium zeigte, daß vermutlich Inhomogenitäten im Glas bei diesen Sensoren zu kleineren Kraftkonstanten als erwartet führen. Die Linearität war dennoch in beiden Fällen sehr gut. Weiterhin konnte mit konfokaler Fluoreszenz-Mikroskopie gezeigt werden, daß die Verankerung der DNA sowohl auf dem Kraftsensor als auch auf dem Substrat möglich ist. Die bisher druchgeführten Kraft-Experimente zeigten jedoch keine doppelseitige Anheftung der DNA. Weitere Arbeit an der Präperation der Oberflächen könnte hier den Durchburch bringen.