Eine Fabrik aus DNA

Das ist richtig cool: Eine Fabrik aus DNA-Molekülen, die Nanopartikel zusammenbauen. Nein, es ist kein verspäteter Aprilscherz, das funktioniert wirklich.

Grob umrissen sieht das folgendermassen aus: Ein dichtes Gewebe aus DNA-Strängen bildet das Grundgerüst (ein sogenanntes DNA-Origami). Darauf bewegt sich der "Läufer" vorwärts, der aus mehreren kurzen DNA-Strängen besteht. An mehreren Stationen wird dieser "Läufer" mit Nanopartikeln beladen. So wird es möglich, Nanopartikel nach einem regelmässigen Muster zusammenzuführen.

 Schema der Fertigungsstrasse. Der "Läufer" bewegt sich von links nach rechts und nimmt dabei Nanopartikel (grün) auf. Hongzhou Gu et al. 2010.

Erstaunlich, nicht wahr? Aber weshalb verwendet man dazu gerade DNA? Dazu muss ich etwas ausholen. Im Erbgut liegt die DNA in Form einer Doppelspirale vor. Die beiden Stränge halten dabei durch Wasserstoffbrücken (WSB) zusammen, und zwar sind es zwischen den Nukleotiden Adenin (A) und Thymin (T) zwei WSB, und zwischen den Nukleotiden Guanin (G) und Cytosin (C) drei WSB. Deshalb kann A nur mit T und G nur mit C kombiniert werden. Ein Strang mit einer bestimmten Nukleotidsequenz (z.B. AGTC) verbindet sich mit einem Strang mit komplementärer Nukleotidsequenz (im Beispiel TCAG). Durch geschickte Auswahl der Nukleotidreihenfolge und durch Hilfsstränge lässt sich DNA in geradezu bizarre Formen falten. Solche Kunstwerke werden DNA-Origami genannt.

Beispiele von DNA-Origami. Links Modell, rechts Bild im Rasterkraftmikroskop. Der weisse Balken im letzten Bild (s) misst 100 nm. Paul W. K. Rothemund 2006.

Der Läufer besteht aus einzelnen DNA-Strängen, die nur stellenweise zu Doppelsträngen verbunden sind. Er hat vier Beine mit Füssen aus Einzelsträngen, die an Fortsätze mit komplementärer Nukleotidsequenz aus dem Origami binden können. Normalerweise steht der Läufer auf zwei Füssen. Um ihn vorwärts zu bewegen, wird die Verbindung zu einem Fuss gelöst, worauf sich einer der freien Füsse einen neuen Halt sucht. Solche Roboter aus DNA werden übrigens auch als "Nubots" für "nucleic acid robots" bezeichnet.

"Läufer" aus DNA-Strängen. Die mit F bezeichneten Stränge sind die Füsse. Hongzhou Gu et al. 2010.

Quelle:

Gu, H. et al. Nature 465, 202-205 (13 May 2010) | doi:10.1038/nature09026 - abstract