DNA vouwt zichzelf tot doosje van formaat

DNA vouwt zichzelf tot doosje van formaat

Het is de grootste en meest ingewikkelde structuur in zijn eigen piepkleine soort: de ‘kooi’ van DNA die Amerikaanse wetenschappers van het Harvard Wyss Instituut onlangs maakten. Deze zichzelf in elkaar zettende DNA-doos moet op een dag medicijnen verpakken en afleveren in het lichaam.

We kennen DNA allemaal als molecuul waarop onze genetische informatie ligt opgeslagen. Maar nanotechnologen zien in DNA ook bouwblokken om kleine structuren – bijvoorbeeld ‘doosjes’ – mee te maken. Voor sommige toepassingen – zoals het verpakken van medicijnen – moeten die structuren echter wel groot genoeg zijn.

Wetenschappers van het Harvard Wyss Instituut, onder leiding van moleculair bioloog Peng Yin [1], voegden onlangs een nieuwe, grote bouwsteen toe aan de bouwdoos. Daarmee maakten ze een reeks kooitjes van DNA die één tiende zo breed zijn als een bacterie; daarmee de grootste structuren van DNA ooit gemaakt. Ze rapporteerden hun bevinding vorige week in de online editie van het wetenschappelijke tijdschrift Science [2].

Origami

De populairste methode om te bouwen met DNA lijkt op origami: het vouwen van DNA in een precieze vorm door vooraf te bedenken waar je de letters (basen) laat paren. DNA is namelijk programmeerbaar. Wetenschappers kunnen de volgorde van letters in het DNA zelf bepalen en zo vooraf bedenken welke structuur het DNA zal aannemen. Het Wyss instituut maakte een mooie animatie over origami. Je ziet hoe losse bouwblokjes van DNA bij elkaar komen en uit zichzelf een structuur vormen door op vooraf geprogrammeerde plaatsen hun basen te paren.

Wiebelige poten

De Amerikanen maakten via de origami-manier grote bouwblokken van DNA in de vorm van een driepoot, zoals fotografen die gebruiken om hun camera op te zetten. Hun doel was om de poten van de driepoot aan elkaar te plakken om ruimtelijke objecten met platte zijvlakken te maken (zulke objecten heten veelvlakken).

Dat ging in eerste instantie echter mis. De driepoten vormden niet vanzelf de juiste structuur als ze bij elkaar in een mengsel werden gedaan. De poten bleken te wiebelig en belandden vaak in een spagaat. Het team bedacht een oplossing door de poten te stutten. Net zoals een meubelmaker doet met de poten van een wiebelende stoel: die zet er horizontaal een stukje hout tussen. En dat werkte: de poten bleven op hun plaats waardoor de driepoten aan elkaar konden plakken door middel van matchende DNA-eindjes. Zo zetten de driepoten zichzelf in elkaar in een reageerbuisje tot een driedimensionaal doosje.

Het team kon verschillende vormen maken van het doosje door de lengte van de stut aan te passen. Daardoor gingen de poten dichterbij of verder van elkaar af staan. Dat leverde in totaal de vijf bovenstaande vormen op.

Medicijnen verpakken

In de toekomst hopen de onderzoekers de kooitjes te omhullen met een coating om de inhoud af te schermen. Ideaal om medicijnen in te verpakken en af te leveren in een weefsel. De kooi kan ook nog wat aangepast worden met chemische ‘haakjes’ waaraan onderzoekers dan bepaalde eiwitten kunnen ophangen. Een beetje zoals kleding aan hangers hangt in een kast. Zo verandert het kooitje in een minuscuul fabriekje om bijvoorbeeld specifieke chemicaliën te produceren. Het kooitje zou ook nog dienst kunnen doen als sensor die moleculen gemaakt door ziek weefsel detecteert. Mogelijkheden te over dus, vindt ook Peng Yin: “Ik zie spannende mogelijkheden voor deze technologie.”

Bron:

Ryosuke Iinuma e.a., Polyhedra Self-Assembled from DNA Tripods and Characterized with 3D DNA-PAINT, Science, online publicatie op 13 maart 2014.

Dit nieuwsbericht verscheen 21 maart 2014 op Kennislink

Reageer