In der DNA ist der genetische Code durch die Abfolge der vier Nucleobasen festgelegt, und die Weitergabe der genetischen Information erfolgt über die hochspezifischen WatsonCrick-Paarungen A-T und G-C. In den letzten Jahren entstand ein reges Interesse, dem bereits bestehenden genetischen Alphabet zusätzliche, orthogonale Basenpaare hinzuzufügen. Solche zusätzlichen Basenpaare könnten in der Biotechnologie zur Einführung nichtnatürlicher Aminosäu-ren in Proteine herangezogen [1][2][3] oder zur Entwicklung neuer Werkzeuge zur zuverlässigen Erkennung fehlerhafter oder fremder Nucleinsäuren verwendet werden. [4][5][6][7][8] Allerdings sind die Freiheitsgrade beim Entwurf neuer Basenpaare durch das gegebene Strukturgerüst der Doppelhelix beschränkt. Ein naheliegender Ansatz basiert deshalb auf strukturell isomorphen Basen mit alternativem Watson-Crick-ähnlichem Wasserstoffbrückenmuster.[6, 9, 10] Doch auch nichtisomorphe aromatische Heterocyclen, die sich gegenseitig nicht durch Wasserstoffbrücken, sondern durch andere intermolekulare Phänomene erkennen, sind mit hoher Präzision und mit kinetischen Eigenschaften ähnlich denen der natürlichen Basen replizier-und transkribierbar. [11][12][13][14][15][16] Durch diesen Ansatz ist die Bandbreite an möglichen Strukturen erheblich größer geworden, doch es fehlen ihm leider Regeln für den Basenentwurf, was das Durchprüfen einer großen Zahl potenzieller Kandidaten nötig macht. Von jeder potenziellen Base muss dazu zuerst das entsprechende Nucleosid synthetisiert und in DNA eingebaut werden, und erst danach können dessen Eigenschaften getestet werden -ein zeitraubendes Unterfangen.Um hier Abhilfe zu schaffen, haben wir ein Verfahren entwickelt, mit dem eine Bibliothek von heterocyclischen Aminen im Parallelverfahren auf potenzielle Basenkandidaten getestet werden kann. In einem ersten Schritt suchten wir nach Molekülen, die selektiv und hoch effizient natürliche Nucleobasen erkennen. Der Test beruht auf DNA-Dodecamer-Duplexen mit einer abasischen Stelle X im Zentrum und einem Fluoreszenzlöscherpaar an einem Ende (Schema 1). X unterscheidet sich strukturell von einer natürlichen abasischen DNA-Stelle durch Ersatz des O(3') durch eine CH 2 -Gruppe. Dies verhindert einen basen-oder wärmeinduzierten Strangbruch am 3'-Ende.[17] Diese Duplexe wurden parallel mit einer Vielfalt an heterocyclischen Aminen inkubiert, wobei die Amine unter Bildung einer Halbaminalfunktion kovalent an X banden. Die daraus resultierenden exo-Aminonucleoside sind den natürlichen Nucleosiden strukturell ähnlich. Durch Messung der thermischen Stabilität der Duplexe mittels Fluoreszenzschmelzkurven kann die relative Affinität jedes Amins zu jeder der vier natürlichen Nucleobasen bestimmt werden (siehe die Hintergrundinformationen).Zur Validierung des Testverfahrens suchten wir in einer Bibliothek von 34 willkürlich gewählten, kommerziell erhältlichen heterocyclischen Aminen (Schema 2) nach Kandidaten, die selektiv und mit hoher Affinität an alle vier natürlichen Nucleobasen binden. Um den Gleichgewichtszustan...