Origami mit DNA-Molekülen

Foto: Beispielhafte Nanostrukturen

Beispielhafte Nanostrukturen, für
die DNA-Moleküle ideale Bausteine
sind; © TU München

"Unser Ziel war es herauszufinden, ob wir DNA so programmieren können dass sie sich selbst in Formen mit vorgegebenen Krümmungen und Windungen in der Größenordnung weniger Nanometer anordnet“, erklärt der Biophysiker Hendrik Dietz, Professor an der Technischen Universität München. Er arbeitete an diesen Experimenten zusammen mit Professor William Shih und Doktor Shawn Douglas von der Harvard University. "Es hat funktioniert“, fügt er hinzu, "und wir können jetzt viele verschiedene dreidimensionale Bauteile im Nanobereich herstellen. Etwa Zahnräder oder gebogene Rohre und Kapseln." Diese Bauteile hoffen die Forscher zu größeren, komplexeren Funktionseinheiten kombinieren zu können.

Als Medium für Konstruktionen im Nanobereich hat DNA zwei Vorteile: Sie ist ein intelligenter Werkstoff, nicht nur robust und zugleich flexibel sondern auch programmierbar. Zudem ist sie durch jahrzehntelange Arbeit sehr gut erforscht. Die elementaren Werkzeuge die Dietz, Douglas und Shih anwenden sind die programmierbare Selbstorganisation - das Leiten der DNA Stränge in bestimmte vorgegebene Bündel von quer verknüpften Doppelhelizes - und gezieltes Einfügen und Herausnehmen von Basenpaaren. Letztere geben in solchen Bündeln die gewünschte Windung oder Krümmung vor. Die Forscher können nicht nur festlegen ob die Windung rechts oder linksherum erfolgen soll sondern sie können die entstehenden Formen präzise und quantitative kontrollieren und erreichen extrem enge Krümmungsradien von 6 Nanometern.

Die Werkzeuge, die sie entwickelt haben, beinhalten eine graphische Software die hilft, bestimmte Design-Konzepte in die dafür nötige DNA- Programmierung zu übersetzen. Dreidimensionale Objekte werden durch die Feinabstimmung von Anzahl, Anordnung und Länge der Helizes erzeugt.

„Wir erwarten einen großen Nutzen, wenn wir nur miniaturisierte Maschinen im Nanobereich bauen könnten, aus Materialien die zuverlässig in unseren Körperzellen arbeiten - aus Biomolekülen wie DNA“, sagt Dietz.

MEDICA.de; Quelle: Technische Universität München