Künstliches DNA-Basenpaar auf Basis von Halogenbindungen entwickelt

Erstmals ist es gelungen, ein künstliches DNA-Basenpaar zu entwickeln, das auf einer völlig anderen chemischen Kraft beruht als die natürliche Erbsubstanz. Während die bekannten natürlichen DNA-Bausteine üblicherweise durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden, setzt dieses neuartige Basenpaar auf Halogenbindungen als zentrale Anziehungskraft. Diese wirken wie winzige, präzise ausgerichtete „Andockstellen“ zwischen den Molekülen. Damit belegt die Studie zum ersten Mal, dass auch solche alternativen Bindungsformen die Ausbildung stabiler DNA-Strukturen ermöglichen.

Ein neues Bindungsprinzip für die synthetische Biologie

In den vergangenen Jahrzehnten wurden zahlreiche künstliche Basenpaare entwickelt, die das Prinzip der Wasserstoffbrückenbindungen nachahmen oder ergänzen. „Unser Ansatz geht einen Schritt weiter. Wir haben ein vollständig neuartiges Basenpaar konzipiert, das Halogenbindungen als alternative Anziehungskraft nutzt“, sagt Professorin Dr. Stephanie Kath-Schorr, Leiterin der Studie vom Institut für Organische Chemie der Universität zu Köln. Um dies zu realisieren, entwarf das Team spezielle chemische Bausteine, die ein Iodatom als Halogenkomponente enthalten.

Mithilfe von Computersimulationen berechneten die Forschenden zunächst die optimale Anordnung dieser Komponenten. Nach der anschließenden Laborsynthese der Moleküle wurde experimentell überprüft, ob sie sich tatsächlich gezielt miteinander verbinden. Die Tests bestätigten schließlich, dass die neuartigen Bausteine zuverlässig zueinanderfinden und ein stabiles Paar bilden.

Halogen-DNA: Erweiterung des genetischen Alphabets

Besonders bemerkenswert ist, dass ein natürlich vorkommendes Enzym die künstlichen Bausteine akzeptiert. DNA-Polymerasen, die als biologische „Kopiermaschinen“ der Zelle fungieren und neue DNA-Stränge aufbauen, konnten in den Versuchen die neu entwickelten Bausteine erfolgreich in eine wachsende DNA-Kette einfügen. Damit ist bewiesen, dass das künstliche Basenpaar nicht nur im Reagenzglas stabil bleibt, sondern auch funktional mit biologischen Komponenten interagiert.

„DNA ist nicht ausschließlich auf das bekannte chemische Prinzip angewiesen“, sagt Kath-Schorr. „Unsere Ergebnisse erweitern das genetische Alphabet und das Verständnis davon, wie flexibel das Molekül des Lebens tatsächlich ist.“ Langfristig könnten diese zusätzlichen DNA-Bausteine wegweisende Möglichkeiten in der synthetischen Biologie eröffnen, beispielsweise bei der Entwicklung neuartiger diagnostischer und therapeutischer Verfahren.

Quelle

Universität zu Köln (02/2026)