Leitfähigkeit entlang der Doppelhelix: Wie Jacqueline K. Bartons später Einstieg die DNA-Biophysik revolutionierte

Jacqueline Barton trat ihr Studium am Barnard College der Columbia University in New York City an, ohne jemals einen Chemiekurs an der Highschool besucht zu haben, da ihre Vorbereitungsschule das Fach nicht anbot. Barton wurde 1952 als Tochter eines Richters am Supreme Court des Staates New York und einer Mutter geboren, die vor den Truppen des NS-Regimes aus Belgien geflohen war. Erst an der Universität belegte sie ihre erste Chemievorlesung samt Laborpraktikum. Diese erste Begegnung weckte eine Faszination, die ihren akademischen Weg grundlegend veränderte und sie schließlich zu einer Promotion in anorganischer Chemie an der Columbia University führte.

Ein unerwarteter Weg zur anorganischen Chemie

Nach Abschluss ihrer Promotion an der Columbia University baute Barton eine Forschungskarriere an mehreren führenden Institutionen auf. Dem Science History Institute zufolge umfasste ihre frühe Laufbahn Tätigkeiten bei den Bell Labs sowie Professuren am Hunter College der City University of New York und an der Columbia University. Anschließend wechselte sie an das California Institute of Technology in Pasadena, wo sie auf den John G. Kirkwood and Arthur A. Noyes Lehrstuhl in der Abteilung für Chemie und Chemieingenieurwesen berufen wurde. Im Laufe ihrer Jahrzehnte im Labor betreute Barton mehr als 100 Doktoranden und Postdoktoranden, von denen etwa die Hälfte spätere akademische Positionen übernahm.

Erforschung der leitfähigen Doppelhelix

Barton entwickelte bereits während ihres Hauptstudiums ein Interesse an der DNA und widmete ihre wissenschaftliche Laufbahn der Frage, wie sich elektrische Ladung durch das Doppelhelix-Molekül bewegt. Sie gehörte zu den ersten Wissenschaftlern, die nachweisen konnten, dass intakte DNA eine elektrische Leitfähigkeit besitzt. Um dieses Phänomen zu testen, entwarf Barton maßgeschneiderte Metallverbindungen, sogenannte Metallkomplexe. Indem sie diese Moleküle nutzte, um elektrische Ströme gezielt einzusetzen – was effektiv dem Hindurchschießen von Elektronen durch die genetische Struktur entsprach –, beobachtete ihr Team, wie Elektronen entlang des Molekülstapels wanderten. Entscheidend war dabei Bartons Feststellung, dass beschädigte DNA-Stränge diesen Fluss unterbrechen und den Ladungstransport verhindern. Da beschädigte DNA mit Mutationen und Krebserkrankungen in Verbindung steht, lieferte dieser Befund einen konkreten physikalischen Mechanismus zum Scannen und Erkennen genetischer Läsionen.

Von der Molekulardiagnostik zur klinischen Anwendung

Um ihre biophysikalischen Beobachtungen in diagnostische Werkzeuge zu überführen, gründete Barton im Jahr 2001 das Unternehmen GeneOhm Sciences mit. Das Unternehmen entwickelte Schnelltests auf Basis der elektrischen Leitfähigkeit der DNA, um Gene zu lokalisieren und strukturelle Schäden zu identifizieren. Im Jahr 2006 übernahm das Medizintechnikunternehmen Becton, Dickinson and Company das Startup GeneOhm Sciences und integrierte dessen molekulardiagnostische Verfahren in breitere klinische Diagnostikplattformen.

Anerkennung und moderne Anwendungen in der Biophysik

Bartons Entdeckung des Ladungstransports in der DNA erfuhr in der wissenschaftlichen Gemeinschaft breite Anerkennung. Sie wurde 2002 in die National Academy of Sciences gewählt und erhielt 2010 die National Medal of Science aus den Händen von US-Präsident Barack Obama, gefolgt von der Goldmedaille des American Institute of Chemists im Jahr 2015. Heute bleibt ihre Arbeit ein Grundpfeiler der molekularen Biophysik. Durch den Nachweis, dass beschädigte DNA den elektrischen Stromfluss unterbricht, bewies Barton, dass anorganische chemische Sonden genetisches Material scannen können – was neue Wege für die Krankheitserkennung und künftige Möglichkeiten der DNA-Reparatur eröffnete.

Titelbild: KI-generierte Illustration; kein Dokumentarfoto.

Quelle: Jacqueline K. Barton