Die aus Umweltproben gewonnene DNA ist eine wichtige Quelle für genetische Informationen für eine Vielzahl von Anwendungen. Wenn sie jedoch von Organismen in die extrazelluläre Umwelt freigesetzt wird, ist sie anfällig für einen schnellen Abbau durch mehrere biotische und abiotische Zerfallswege. DNA-Adsorption an mineralischen Oberflächen wurde als Weg vorgeschlagen, um sie vor schneller Umweltzerstörung zu schützen und ihre langfristige Persistenz in der Umwelt zu fördern. Die jüngste Entdeckung einer zwei Millionen Jahre alten DNA aus grönländischen Sedimenten bestätigt diese Hypothese. Als geladenes Biopolymer (allgemein bekannt als Polyelektrolyt) existiert DNA in einer breiten Palette von Polymerlängen, die typischerweise von wenigen Basenpaaren (bp) bis zu einigen tausend bps in der Umwelt reichen. Die variierende Polymerlänge der DNA kann die Adsorption beeinflussen, daher vermuten wir, dass sie auch eine Rolle bei ihrem Schutz spielen kann. Zusätzlich, anstatt eine homogene Verteilung von Partikelgrößen zu sein, weisen Mineralkristalle ein breites Größenspektrum auf. Trotz jahrzehntelanger Forschung auf dem Gebiet der DNA- Mineral-Wechselwirkungen, ist der Einfluss der Mineralpartikelgröße und Polymerlänge auf die DNA-Adsorption und letztlich auch auf die DNA-Persistenz nicht vollständig geklärt. Diese Masterarbeit untersucht die Wirkung der DNA-Polymerlänge (mit 99 und 1000 bp DNA) und Mineralpartikelgröße unter Verwendung von Goethit mit drei verschiedenen Oberflächengrößen (30.2, 61.5 und 91.2 m2/g) auf das Adsorptionsverhalten und den Schutz gegen enzymatischen Abbau. Zuerst wurden Goethit-DNA-Adsorptionsisothermen unter Verwendung verschiedener Partikelgrößen von Goethit erstellt, dann wurden zwei weitere Isothermen-Experimente durchgeführt, die sich auf die DNA-Molekülgröße und den Einfluss des pH-Wertes konzentrierten. Schließlich wurde die DNA nach vollständiger Adsorption mit zwei Konzentrationen von DNase I (0.9 und 50 ng/μL), einem Enzym, das die hydrolytische DNA-Spaltung katalysiert, behandelt, gefolgt von einer Desorption zur Analyse der überlebenden Fraktion. Die Ergebnisse wurden mit UV-vis-Spektroskopie, Fluorometrie und Gelelektrophorese gemessen und zeigen, dass je größer die spezifische Oberfläche des Goethitminerals ist, desto weniger DNA-Masse pro μL adsorbiert wird. Darüber hinaus adsorbierten längere DNA-Fragmente besser als kürzere, wenn sie auf die gleiche Oberfläche pro Charge standardisiert wurden. Der Einfluss des pH-Wertes der Lösung war offensichtlich, da die Adsorption bei pH 5 und 6 um 50% gegenüber den Adsorptionswerten im eher alkalischen Bereich erhöht war. Nach 48 Stunden Inkubation wurden durchschnittlich 90% der zuvor adsorbierten DNA desorbiert, ohne dass die Mineralpartikelgröße einen signifikanten Einfluss hatte. Die Abbauversuche zeigten eine erhöhte Anfälligkeit von längeren DNA-Molekülen gegenüber dem Abbau als kürzere Fragmente, wobei sich das Polymer bei ≈ 100 bp stabilisiert. Zusätzlich überlebte weniger DNA, wenn sie an die kleinsten Mineralpartikel adsorbiert wurde gegenüber Polymeren, die an die größeren Goethitfraktionen adsorbiert wurden. Aus diesen Ergebnissen wird geschlossen, dass die Oberflächenstellen von kleineren Goethitpartikeln schneller besetzt werden können als die von z.B. den größten in dieser Studie verwendeten Partikeln, abhängig davon, wie DNA-Fragmente an der Oberfläche adsorbieren. Längere DNA-Fragmente wurden leichter abgebaut als kürzere, jedoch sind weitere Studien zur Stabilisierung von DNA-Fragmenten nach der Exposition mit DNase I erforderlich.
Jenny Hofbauer (Wed,) studied this question.