DNA-molekyler spiller nano origami

DNA former seg til små bokser på egen hånd

Spesialdesignede DNA-molekyler bretter seg inn i en ørliten nano-boks som åpnes og lukkes på en kontrollert måte. Det kan tenkes å bruke en slik boks som en transportbeholder for å transportere aktive stoffer i cellen og frigjøre dem på stedet. © Stark / MPIbpc
lese høyt

For å studere nanokosmos av cellen - molekylverden - tyr forskere i økende grad til den cellulære posen med triks. Et internasjonalt team av forskere har nå lyktes i å designe deoksyribonukleinsyre (DNA) molekyler som selv samles til ørsmå nanobokser. De kan til og med åpnes og lukkes på en kontrollert måte via molekylære "låser", melder forskerne i den nåværende utgaven av "Nature".

Hvordan virus invaderer en celle, hvordan nerveceller overfører signaler, eller hvordan proteiner fungerer - alle disse prosessene foregår i cellens nanokosme og er usynlige for øynene våre. For ytterligere å utforske eller til og med gripe inn i denne forskningsverdenen, utvikler forskere ikke bare høyoppløselige mikroskop, men stoler stadig mer på cellulære byggesteiner. Fremfor alt bruker de et triks av naturen: mange cellemolekyler kommer i egen regi og samles til og med uavhengig for å danne svært sammensatte strukturer.

DNA som kommer i form av seg selv

Forskere fra University of Aarhus og Max Planck Institute for Biophysical Chemistry i Göttingen har nå for første gang designet deoksyribonukleinsyre (DNA) molekyler som ikke danner sammenfiltrede DNA-tråder slik vi kjenner dem fra den levende cellen. I stedet bretter de seg inn i en tredimensjonal boks. Men hvordan får man DNA til å ta i bruk akkurat denne formen?

"Vi utnytter DNAs evne til å organisere seg i definerte strukturer. Vi kan forhåndsbestemme dette etter rekkefølgen på de grunnleggende byggesteinene deres, "forklarer Jørgen Kjems fra Universitetet i Aarhus. Ved hjelp av en spesiell datamaskinprosess har forskere designet seks DNA-tråder.

Hver av disse DNA-strengene kan kobles sammen for å danne en todimensjonal "miniatyrveggplate". Neste trinn var å designe og feste eyelets for å klemme sammen de seks veggpanelene. Høydepunktet i boksen er det låsbare lokket: boksen er utstyrt med en molekylær lås som kan åpnes og lukkes med bittesmå DNA-nøkler. utstilling

Struktur under mikroskopet

Med en størrelse på bare 42 x 36 x 36 nanometer (milliondeler av en millimeter) og en veggtykkelse på snaut 2, 5 nanometer, er disse DNA-boksene nanoskopisk små og er verken synlige for øyet vårt eller for konvensjonelle lysmikroskop. Men i molekylens verden tilbyr de mye plass. Til og med store makromolekylære maskiner i cellen kunne lett plasseres der, for eksempel et helt ribosom - proteinets fabrikk i cellen.

Forskerne klarte bare å overbevise seg om at DNA-molekylene faktisk ble brettet riktig ved hjelp av sofistikerte strukturelle metoder som atomkraftmikroskopi, kryo-elektronmikroskopi og røntgenkrystallografi. "De fleste DNA-molekyler er faktisk brettet til nanobokser, " sier strukturbiolog Holger Stark, som jobber ved Max Planck Institute for Biophysical Chemistry og ved G ttinger Zentrum Forsker på molekylær biovitenskap.

Enten Nano-Box kontrollert av DNA-nøkkel åpnes og lukkes, ser ikke forskerne på den måten. For å teste dette merket de den molekylære lukkemekanismen med to forskjellige lysstofffarger på lokket og på veggen av esken.

Nanocontainer som narkotika-taxi?

Hvis boksen er lukket, er de to fargestoffene i nærheten av hverandre, og vi kan måle et tydelig signal. Ved å legge til nøkkelen ble dette signalet mye svakere. Avstanden mellom de to fargestoffene har økt - fordi lokket har åpnet seg, forklarer Stark.

Men hvorfor kan en slik nano-transportør brukes? Det kan tenkes at disse nanocontainerne transporterer aktive stoffer i cellen og frigjør dem på stedet ved hjelp av et spesifikt signal. Men andre bruksområder vil i prinsippet også være mulig, for eksempel DNA-komponenter for mikroelektronikk.

(idw - Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, 12.05.2009 - DLO)