Lieber Zuschauer, dieser Untertitel wurde automatisch generiert von YouTube und dementsprechend (sehr) fehlerhaft. Wenn du kannst, hilf uns bitte gute Untertitel zu erstellen: https://c3subtitles.de/talk/2588 Danke!
[Musik]
dann zum Talk wie synthetisiert man DNA
von xro DNA ist wichtig aber wie stellt
man sie eigentlich hier vor allem wenn
man keine Körperzelle ist oder
irgendeine Zelle das Verfahren heißt
phosp phosphoramidids Synthese und wenn
ihr genauso viel Ahnung habt was das
sein könnte oder wissen wollt was es
eigentlich ist dann wird er es euch
jetzt vorstellen viel Spaß beim Talk ja
hi grüße Euch ich bin der
XO
und bin in meiner professionellen
Laufbahn ein bisschen mit DNA Synthese
berühren gekommen und haben gedacht na
gut erzähl wir mal so aus Informatik
Sicht wie das passiert
und ja für alle die jetzt keine
chemieegeks sind sondern wie ich da neu
eingestiegen sind irgendwann vor ein
paar
Jahren okay zu mir ja ich habe normales
Informatik Elektronik
Wissenschaft Leute habe bisschen Startup
XP leider oder hoffening je nach wie man
sieht und Bau DNA Synthesizer und
Automatisierung sonst bastel gerne Zeugs
wie da am Camp und ihr könnt mich für
Fragen anrufen unter
2x oder sonst findet sie mich da hinten
bei der Realraum will real
will ja wir haben einen Hackerspace in
Graz und der hat auch einen Bayer
Hackerspace dazu das war so 2003
die erste Berührung wo ich da in die
Richtung also eigentlich haben wir den
gegründet weil ich damit in Berührung
kommen wollte aber genau ja da gibt so
ein schönes offenes Labor da kann man
Dinge machen und sich ein bisschen mit
der Materie beschäftigen und ja genau
Warnung wie gesagt bin kein
Molekularbiologe ich hoffe ich kann eure
Fragen nachher beantworten nachher aber
ich habe das auch gelernt vielleicht ist
es dann gut anderen Leuten
beizubringen so DNA
Synthese prinzipiell was heißt das das
heißt wir haben eine textsequenz g t
irgendwas ne aus vier oder mehr
Buchstaben weil man könnte ja auch
synthetische DNA haben den gibt es ja
und wollen diese Textdatei ja diese
diese Information in ein echtes
physikalisches Modul in der Realität
bringen also quasi
drucken warum was braucht man dafür das
kann man verwenden für für Diagnostik
therapeutische Methoden und wie man
jetzt nach letzten zwei Jahren alle
wissen auch für Impfungen
die klassische Messenger m und
eigentlich ist es sogar so dass ich
glaub 50% alle Medikamente derzeit mit
molekularbiologischen Methoden
hergestellt werden und Tendenz stark
steigend
funktioniert z.B so ich habe eine Zelle
und ich programmiere einfach um was
diese Zelle tut und bring sie dazu einen
äh Wirkstoff herzustellen der dann halt
medizinische Anwendungen hat oder wie
ich kenne auch Leute die haben sich
überlegt okay wir wollen wolle ersetzen
durch ein einen String kffleähnige
Eigenschaften so heckfisch Strings oder
spinnenseite und Programmieren Zellen um
um das herzustellen und da müssen s es
nur rausfiltern ne rausfiltern stellt
sich raus ist dann das
schwierige genau so aber wie synthesiert
man
DNA tatsächlich gibt's abhängig von der
Länge unterschiedliche Methoden wir
fokussieren uns jetzt mal hauptsächlich
auf die
oligonukleodidsynthese so bis zu 200
Basen also ist das ziemlich obere
maximum üblich ist so ja 100 bis 50 oder
so für diese vier kurzen Basensequenzen
genannt Oligonukleotide we Oligo wenig
und da geht's um chemische Synthese das
heißt ich misch der Reihe nach
Chemikalien die ich mir irgendwo her
besorge in der richtigen Reihenfolge in
der richtigen Menge und dann bildet sich
ein Molekül also am Strang synthtisieren
es gibt do noch andere Methoden wie die
enzymatische Synthese das ist jetzt
voller Hype und es kommt immer wieder
und crasht auch wieder ein bisschen weil
es dann doch immer noch nicht so gut
funktioniert wie Leute das ganz gern
hätten oder so viel besser muss man fast
sagen ja aber ja das ist die andere
Methode natürlich die theoretisch
coolere Methode ich bring in me dazu
mein mein meine DNA aufzubauen genauso
wie es im körperfunktioniert
m man ist noch dabei das zu optimieren
sagen wir so das stand der Ding ist die
chemische Synthese ja und natürlich für
lange Sequenzen geht's vereinfacht
gesagt darum dass ich dann die kurzen
Sequenzen irgendwie
zusammenstoppel so zu den kurzen zu den
oligos so wie man so schön im
umgangsprachel nennt wo kommt das über
her ja wie gesagt olig ist wenig und
Nukleotid ist halten ein nucleosid Plus
Phosphor ja genau
m aber was macht man diesen kurzen
Stücken tut man die einfach
nur nehmen um dann die großen langen
draus zu machen wie man die DNA an der
Zelle hat oder tun die auch selber was
ja die haben selber auch eine Funktion
und zwar reicht es schon wenn ich so ein
50 bis 100 basenstück nehme damit kann
ich auch schon ganz viel tun und zwar
Enzyme steuern
also nur weil euch fragt warum tut man
das überhaupt warum stisiert man DNA
warum überhaupt der Vortrag ja also es
gibt ganz viele Methoden vielleicht hat
schon mal jemand gehört von crrispercass
9 ganz sicher habt sie schon gehört von
PCA Methode
weil ich hätte ich würde mal sagen 100%
haben wir irgendwann PCR Test gemacht in
den letzten zwei Jahren da geht's im
Prinzip darum dass ich schaue ob eine
ein DNA Stück matcht auf die Probe dass
ich rein also die Probe ist mE Speichel
natürlich und ich will schauen ob
welcheer DNA in dieser Probe drin ist da
wird alles mögliche drin sein von allem
das was ich gerade gegessen habe plus
meine D plus irgendwelche wiren und
jetzt kann ich halt schauen ich
synthesiere ein kurzes Stück und dann
schaue ich Match das zu irgendem so
irgendetwas was in meiner Probe drin ist
das macht eben die PC Methode und das
was ich Match ist das was ich drucke
quasi ne das heißt ich könnte jetzt auf
covid testen ich könnte auf auf
Pferdefleisch
versus kühnerfleisch testen was ich halt
machen will ne ich muss es nur drucken
in die pzch reintun und testen ne ja
natürlich also tatsächlich ist es
bisschen modifizierte den weil die hat
dann noch leuchtende Moleküle drauf
damit ich dann auch optisch messen kann
aber das ist es im Prinzip und woher
bekomme ich diese
oligos mehr oder weniger sage es mal
drei Methoden entweder ich mach so wie
in den 80er Jahren als die Methode
erfunden wurde die FOS Synthese ich
petiere selbst im Labor das kann quasi
jeder machen es dauert halt nur dies
complete opposite davon ist ich ordere
es im Internet geb mirine Sequenz ein
und dann warte ich halt paar Tage oder
Wochen bis das Ding irgendwann bei mir
ankommt oder ich habe einen Oligo
synthizer im Labor Tipp einfach die
Sequenz ein drück auf Print und dann
paar Stunden später ab ich weiter aber
wie wie funktioniert also das wä z.B so
ein Beispiel Oligo Synthesizer das eine
Ding das haben wir mal zum Spaß vor
vielen vielen Jahren selbst gebaut im
Labor das ist quasi so ein fertiges
Produkt so streamlin gut funktioniert
den man eine Sequenz gibt eindrückt
print drückt und wie arbeiten die darum
geht's jetzt im
Prinzip und ich würde sagen am besten
schauen uns ein Beispiel an was
sytisieren wir natürlich
K wiisieren wir ja okay keine
Doppelhelix wir machen Single
moolekülstrand wir machen ein langes
Molekül wo wir Molekül an Molekül an
Molekül der Reihe nach anhängen wenn ich
dann eine Doppelhelix daraus machen will
fahre ich z.B PCA und mach da noch mal
die Methode drüber die mir das invers
verdoppelt also dann wird nürlich noch
stabiler aber für die meisten Methoden
reicht die die oder will ich sogar die
nicht stabile Version
haben ja ich habe natürlich die vier
Bausteine gurnin sytisin Adenin
thmin das sind die klassischen in den
Natur vorkommenden vier Basen und was
ich jetzt quasi einaufe sind die
phosphoramedite die vier phosphamedite
diesen vier Basen entsprechen das ist
quasi mein Baukasten aus der Chemie B
ich das dann
zusammen wie schaut so ein phosphoramit
aus ich Stress euch nicht so viel damit
aber man hat halt eine Schutzgruppe das
das TMT drauf man hat die Base die ich
anhängen will der Reihe nach und dann
habe ich so ein einen
stützzucker und irgendwie muss das Ding
ja am Platz bleiben das heißt
warum also im Prinzip ich spüle
Flüssigkeiten Chemikalien der Reihe nach
hintereinander und dann würde ich
eigentlich auch alles wegspülen wie
bleibt die DNA am Platz meistens habe
ich sie in so einem CPG linker moolekül
also ein CPG ist halt so ein solzerbard
controlled por Glas das ist genauso groß
dass ich drinnen ein großes Molekül
synthetisieren kann das bleibt dann drin
das kann auch nicht raus an dieses
Molekül hänge ich
ein anderes Molekül an so ein langen
Spacer und an dem starte ich meine
Synthese und weil ich das Glaskügelchen
quasi wirklich festhalte kann das
nicht weg an dem kann ich Chemikalien
vorbeispülen oder das drin reagieren
lassen und am Schluss kan das Rausnehmen
auf irgendeine Art und Weise es gibt da
feromagnetische Kügelchen glaskübelchen
ich kann das raussieben ich kann es
aufreinigen und dann ausspülen ich kann
es
abtrennen ja wie funktioniert es wie
gesagt wir haben unsere Schutzgruppe hab
uns B unsere linke wir haben die Base
und im Gegensatz zur Natur arbeiten wir
von hinten von 3ich auf fün Strich nur
falls es jemand veriert die Natur geht 5
nach 3 und das ist der Kreislauf darum
geht's eigentlich das wollte ich euch
zeigen ich mache der Reihe nach diese
Dinge ich tue diese Art von Chemikalien
dann der Reihe nach über dieses Control
porglas über den solid support drüber
spülen und Bau damit der Reihe nach das
lange Molekül auf das Nummer eins ich
habe die detrerung das heißt von diese
Schutzgruppe die nehme ich runter dann
habe ich das Molekül frei dann kann ich
was nächstes anhängen dann kommt die
Koppelung dann kommt ein bisschen
Stabilisierung in dem Fall nehmen wir
dafür saurerstoff ieren und dann machen
wir sogenannte Capping was ist das
erzähle ich auch alles und am Schluss
cleaving ich Spalte das von diesem solid
support runter damit ich das in
freier frei verfügbar habe das Molekül
in meiner Lösung und das kann ich dann
z.B PCA Maschine
tun so Beispiel hier habe ich das so
aufgebaut wir fangen an mit coupling das
L steht für linker g steht für die erste
Base und am Schluss von dem String ist
dann DMT unser meine Schutzgruppe das
heißt ich mache ein mal ein coupling ich
starte mit linker du ein G dran das mit
dem GMD gleich kommt und dann tu ich äh
irgendwann das das DMD runter dann hänge
ich ein a dran das wieder mit seinem DMD
kommt dann nehme ich ein T und du es mit
seinem DMD dran und fertig und so wird
der nei nach der String aufgebaut bis
ich bei meinem Ziel gatg bin und am
Schluss mache ich eben das cleaving
durch das das DMD und die Schutzgruppen
V weg und dann ist das G schwimmt halt
frei rum und kann ich es irgendwo in
meiner Lösung verwenden und ja das DMD
unten hinten ja warum warum det
detritulliere ich eigentlich also der
erste Schritt ja wenn ich das nicht
machen würde wenn die Basen nicht mit
einer so Schutzgruppe schon fix fertig
drankommen würden und ich habe so ein
gat und ich SPI ein T und das ist ja
probabilistische Reaktion das SPI ich
ganz ganz ganz viele TS drüber dann
würde S oder as dann würde sie alle auf
einmal
anhängen
deswegen kommt habe ich eben diese fosw
die alle mit der schutzk kommen das
heißt hinter ein T plus GMT da kann sie
nicht noch ein T anhängen bevor ich das
DMT wegnehme weil sonst wird es eben so
ausschauen so und warum
Capping reden wir kurz über coupling
efficiency wie gesagt propolistisches
Verfahren ich hoffe dass es funktioniert
es gibt eine gewisse Wahrscheinlichkeit
dass die chemischen Reaktionen
funktionieren die liegt normal eh ganz
gut so ist 0,99 bis
100% aber ich mache das ja oft und wie
wir es wissen fehlerverpflanzung mit
jedem Mal multipliziere ich meine
Fehlerwahrscheinlichkeit und nach ja 100
200 Basen bin ich dann so unter 50% dass
ich wirklich das habe was ich haben will
und ganz viele Fehler schwimmen dann
nebenbei herum die müsste ich entweder
aufreinigen irgendwo Weg spülen oder
sonst was weil die reagieren dann ja
auch in der Methode und du dann
vielleicht etwas anderes was sie macht
machen z ein
Fehlersignal daher
Capping Capping passiert so dass wenn
ich dann meine erste Base angehängt habe
dann hänge ich noch einmal ein
ein bei allem was nicht reagiert hat
also sprich wo das wo dann nicht hinten
ein DMT drauf hängt weil das DMD kommt
ja von dem fosph dass ich anhäng dafür
habe ich ja gekauft und
dann genau Cap ich einfach alles weg wo
das neue DMD nicht hinten anhängt und
damit kann ich das nachher wegfiltern
das heißt ich ich verhindere weitere
Reaktionen von allem was nicht fertig
sytisiert
hat genau wenn ich das nicht hätte dann
wird einfach äh da ein z.B ein Fehler
passieren können im Strang F ne also das
ist da waso so wie es gehen soll gat
GATT gat
aber da wird halt ein T fehlen aber
würden das ACA ganz normal weiter
dranbauen das wollen wir eben nicht weil
am Schluss hätten wir neben unserem
ziellänge 20 auch noch ganz viele mit 19
und mit 18 und wenn das dann alles
dieselbe Masse hat wird umso schwieriger
wegzufiltern daher wollen wir dass die
fehlerhaften Stränge möglichst kurz
bleiben deswegen Capping
m überall dort wo das DMD es nicht drauf
geschafft hat das tables DMD kommt dann
Cap hinten dran und während der andere
String weiter wächst bleibt das kurz und
lässt sich nachher weiter wegfilter
leichter
wegfiltern so genau Maximallänge ich
habe es vorher schon erwähnt die cling
Effis ist Schuld ich kann mit dieser
Methode nicht beliebig lange
synthesieren ohne dass die Menge des das
der erfolgreichen des erfolgreichen
Produktes verschwindend klein
wird genau und wie weiß ich dann am plus
ob das was ich synthesiert habe überhaup
funktioniert hat ja
tatsächlich bei so kurzen Methoden ist
das funktionieren die klassischen
sequenzierungsmethoden sehr schwer
deswegen gehe ich auf die Masse des
Moleküls oft und mach halt
massensprektorkopie und
HPLC und genau und dann versuche ich
halt wegzufiltern was nicht funktioniert
hat genau was wir auch z.B gemacht haben
man kann z.B online Prozesskontrolle
machen äh das trityl das ich wegspüle
hat eine Farbe und ich kann z.B anhand
dessen wie viel von dem weggespült hat
sagen okay wie gut die Reaktion
funktioniert
hat ja genau und dann habe ich einen
fertigen Single DNA strank und den kann
ich dann eben verwenden um längere DNA
Stränge zu bauen oder eben direkt in
irgendwelchen Methoden verwenden um
Dinge zu machen z.B Analyse BCA so
realtime qPCR ist das was ich mit dem
leuchtenden Molekül vorher erwähnt habe
ne dadurch auf meinen linker oder hinten
dran dann noch mal ein
eine Sonde oder so die man dann im
UVLicht z.B zeigt wie viel dann reagiert
hat
oder ich editiere tatsächlich Gene ich
nehme z.B chrisperkas ne Methode und
sage mit Primas Schneide von hier bis
hier irgendwas aus der DNA raus oder du
dann was wieder rein oder in der
therap Therapie für
ähm ja sagen wir mal genetisch bedingte
Krankheiten oder auch
wenn ich den wenn ich irgendein
eininellening in Viren oder oder Zellen
machen will oder Bakterien die mich
angreifen aber hauptsächlich geht's drum
in Patienten wenn die irgendeine
Mutation haben dann kann ich regelmäßig
so
si RNA verabreichen die dann gewisse
genmechanismen ausschalten ja kann ich
auch mit diesen kurzen Stücken ähm
machen ja das ist im Prinzip die kurze
dynthese noch weil jemand vielleicht
fragt okay ist mit langen Stücken
nur ganz kurzer Ausblick wie gesagt ich
kann die kurzen Stücke nehmen
ähm kann dann z.B soas wie gibs ein
Assembly machen das heißt ich
synthtisier so dass ich immer
überlappende Stücke habe und dann mit
einem bestimmten Enzym verkoppel ich die
zu langen Stücken oder es gibt auch die
Methode dass ich ganz kurze olig Glieder
mit nur so drei Basen nehme und durch
eine eine ja ich w mal sagen eine
computerinatik Optimierung mit die beste
Kombination wie ich am schnellsten das
zusammenhängen kann aninanderhängen kann
und darus lange Sequenzen machen kann
oder ich mach so ein massive parallel
Chip Ding wo ich 1024 kleinen cavities
auf einem kleinen mikrofolischen Chip
parallel synthesiere indem ich halt
jedes von diesen Kammern wo parallel
diese fosfme die Synthese passiert ein
ausschalte ob sie an dem aktuellen
drüberspülen von Chemikalien teilhaben
sollen oder nicht dann habe ich so 1024
kurze Sequenzen
nehmeinander und dann
lasse ich die auf einmal frei und
verbinde sie z.B mit gibsen Assembly ja
das war's Null Minuten vielen Dank fürs
zuhören
ja vielen Dank für den Talk war sehr
informativ wir haben leider keine Zeit
für Fragen aber ich vermute du bist eh
im Village hier nebenan einfach zu
finden gleich also wenn jemand sich noch
unterhalten will oder Fragen hat er
steht zur Verfügung ja entweder beim Tom
da hinten beim Metalab oder beim
Realraum ja und da bin ich auch noch ein
bisschen hervorragend dann will ich noch
einmal ja genau sind wir am Ende ich ma
die Absagen quasi
[Musik]