Erbgut als Kleber

Foto: Mann steht an einem Gerät im Labor

Im DNA-Synthesizer produzieren
Richert und Kollegen den "Klebstoff"
© Gabi Zachmann

Um dreidimensionale Gitter mit Poren im Nanometer-Bereich aufzubauen, knüpfen sie extrem kurze Stücke von einsträngiger DNA, die von der Natur ursprünglich als Träger der genetischen Information entwickelt wurde, an ein sternförmiges Molekül. Wie im Erbgut der Lebewesen lagern sich jeweils zwei DNA-Einzelstränge, die aufgrund der Abfolge ihrer Bausteine zueinander komplementär sind, zu einem Doppelstrang zusammen. An jedem Zentralmolekül sind vier dieser "klebrigen" DNA-Enden wie die Ecken eines Tetraeders angeordnet. Sie können sich daher mit jeweils vier anderen Molekülen verbinden. Durch Selbstorganisation entsteht so eine komplexe räumliche Gitterstruktur mit neuen Eigenschaften.

Poröse Materialien spielen als Katalysatoren, Speichermedien und strukturgebende Komponenten, beispielsweise in der Technik oder der Medizin, eine wichtige Rolle. "Wir konnten zum ersten Mal zeigen, dass mit Hilfe kurzer DNA-Schnipsel quasi-unendliche Strukturen für solche Anwendungen aufgebaut werden können", beschreibt Professor Clemens Richert die Arbeit, die am Centrum für Funktionelle Nanostrukturen (CFN) des Karlsruher Institut für Technologie entstand.

Dafür reichten bereits DNA-Abschnitte von nur zwei Nukleotiden, also den Buchstaben, aus denen DNA besteht, damit sich die Gerüste in wässriger Lösung bildeten. Dieses Material lagert sich dann selbständig zu Nanopartikeln zusammen, wenn es abgekühlt wird. Die extrem kurzen DNA-Doppelstränge haben den Vorteil, dass eine relativ geringe Aktivierungsenergie benötigt wird, um fehlerhafte Strukturen wieder aufzubrechen. "Dies ermöglicht einen dynamischen Auf- und Abbauprozess", so Richert. "Ein großer Vorteil dabei ist, dass wir mit rein synthetischem Material große Gitter erhalten können."

MEDICA.de; Quelle: Karlsruher Institut für Technologie