Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 126 Issue 52

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2001, 113 (12), 2321 - 2325

Nr. 12/2001

Bald Viren-Diagnostik per Chip?

Israelische Forscher entwickeln
hochempfindliche elektronische Detektion
von viralen Nukleinsäuren

Fachzeitschriften sind das Sprachrohr des Wissenschaftlers. Was nutzen die spektakulärsten Forschungsergebnisse, wenn niemand davon Notiz nimmt? Nur durch deren Publikation kann auf bestehende Erkenntnisse aufgebaut werden. Auf diese verweist der Forscher dann wiederum in Form eines Zitats, wenn er seine neuen Ergebnisse veröffentlicht - und hofft darauf, dass auch seine Arbeit später häufig zitiert wird. "Das Zitierungsgeflecht ist bildlich gesprochen der Leim, der inhaltlich verwandte Publikationen miteinander verbindet," so der Chemiker Werner Marx in einem Essay in Heft 1/2001 der Angewandten Chemie zum Thema Impact-Faktoren in der Chemie.

Im Bereich Chemie hat es mit der Angewandten Chemie eine auf deutsch und englisch erscheinende Zeitschrift in die Spitzengruppe geschafft. Das ist extrem ungewöhnlich, sind doch sonst im wissenschaftlichen Bereich amerikanische Zeitschriften führend, abgesehen von der in London herausgegebenen Nature. Werner Marx hat die Zitierhäufigkeit der "Angewandten" nun einmal genauer unter die Lupe genommen.

Die Zahl der Zitierungen ist ein direktes Maß für die Resonanz, die eine Publikation unter Fachkollegen hervorruft. Auch wenn sie natürlich nicht ohne Weiteres mit Qualität gleichzusetzen ist, ist die Zitierhäufigkeit doch grundlegend für eine Forschungsbewertung. Nicht nur eine einzelne Publikation kann so bewertet werden, sondern auch der Forscher, ein gesamtes Forschungsinstitut oder gar eine ganze Nation. Auch wissenschaftliche Zeitschriften werden hinsichtlich der Zahl ihrer Zitierungen eingestuft. Der "Science Citation Index", ein Referatedienst, bietet die Basis zur Ermittlung der Impact-Faktoren, einem Maß für die Zitierhäufigkeit von Zeitschriften.

Die "Angewandte" kann mit einem sehr guten Impact-Faktor aufwarten, der seit einigen Jahren sogar den des lange führenden Journal of the American Chemical Society überflügelte. Sicher auch eine Folge der Weitsicht der Redaktion, die schon 1961 auf Globalisierung setzte und eine internationale Ausgabe, die Angewandte Chemie International Edition, herausbrachte. Von Ausnahmen abgesehen rekrutierten sich damals die publizierten Beiträge vornehmlich aus dem deutschsprachigen Raum. Inzwischen kommen 83 % der Arbeiten aus dem Ausland - Tendenz steigend.

Die Resonanz auf eine Veröffentlichung im Bereich Chemie oder Physik setzt in der Regel erst nach ein bis zwei Jahren ein, durchläuft nach etwa drei Jahren ein Maximum und kann dann noch Jahrzehnte andauern. Marx mahnt daher zur Vorsicht bei der Interpretation von Impact-Faktoren, die sich nur auf die ersten ein bis drei Jahre nach Publikation beziehen.

In der Lebensmittelkontrolle und der medizinischen Diagnostik möchte man Proben zuverlässig aber mit hohem Durchsatz auf viele Krankheitserreger untersuchen. Dazu wird an der Entwicklung von DNA-Chips gearbeitet, die Keime anhand ihres Erbgutes entlarven. Die Schwierigkeit dabei: Die Analytik muss auf einer festen Oberfläche ablaufen, braucht wegen der winzigen Konzentrationen einen Verstärkungsschritt und eine Übersetzung in ein einfach messbares Signal - und soll möglichst eine Quantifizierung zulassen.

Israelische Forscher um Itamar Willner und Moshe Kotler haben eine pfiffige Methode entwickelt, mit der die Anwesenheit von Viren als elektrisches Signal angezeigt wird. "Unser neuer Ansatz ist für eine breite Anwendung in Biochip-Techniken geeignet," zeigt sich Willner optimistisch.

Herz der Detektionseinheit ist ein elektrischer Signalwandler - eine winzige Elektrode oder ein piezoelektrischer Kristall - mit Goldoberfläche, auf der kurze Nukleinsäurestränge verankert werden. Die Stränge sind das Gegenstück zu einer spezifischen Sequenz, die nur in der Nukleinsäure der jeweils gesuchten Virenspezies auftritt. Sind diese Viren in einer Probe, bleiben ihre Nukleinsäuren an den Strängen kleben wie an einer Leimrute. Nun wird ein Enzym in Aktion gesetzt, das die kurzen "Leimruten" entlang der Virus-Nukleinsäure wie an einer Blaupause zu einem fast kompletten Gegenstück vervollständigt. Ein Teil der dazu verwendeten Bausteine wurde zuvor mit einer zusätzlichen molekularen "Anhängerkupplung" versehen. Im nächsten Schritt dockt der passende "Anhänger" an. Aber auch er kommt nicht allein, sondern wurde voher mit dem Enzym Alkalische Phosphatase zusammengeschweißt. Auf diese Weise hängen nun viele Phosphatasen an der Detektionseinheit (erster Verstärkungsschritt). Als Substrat für die Phosphatase haben die Forscher eine lösliche Indigo-Verbindung gewählt. Sobald die Phosphatase zur Tat schreitet und eine Phosphatgruppe abspaltet, wird das Indigo unlöslich und schlägt sich auf dem Detektor nieder (zweiter Verstärkungsschritt).

Nun folgt die Signalwandlung. Zwei Alternativen haben sich die Chemiker überlegt: Basiert der Mini-Detektor auf einer Mikroelektrode, kann man messen, wie die entstehende Schicht den Elektronentransfer behindert. Wählt man dagegen einen piezoelektrischen Kristall als Träger, lässt sich die Massenzunahme der Schicht registrieren, da die Schwingungsfrequenz des Kristalls massenabhängig ist. Dicke und Masse der Schicht wiederum sind abhängig von der Virenkonzentration der Probe, so ist eine quantitative Bestimmung möglich. Die kleinste auf diese Weise registrierte Konzentration waren 60 Viren in einem 10-µl-Tröpfchen.

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