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Nanotechnologie: Forscher bauen winzige Transportroboter aus DNA

DNA-TransportroboterLaden...

Um Strukturen im Nanometerbereich aufzubauen, greifen Wissenschaftler immer häufiger auf DNA als Baumaterial zurück. Denn dank molekularbiologischer Forschung ist mittlerweile sehr genau verstanden, wie sich die Stränge nach Wunsch aufbauen, zuschneiden und verkleben lassen. Hat man bei der Erzeugung der Stränge alles richtig bedacht, setzt sich das gewünschte 3-D-Objekt sogar von ganz allein zusammen.

Nun haben Forscher vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering in Boston das Verfahren zu seinem vorläufigen Höhepunkt getrieben: Sie entwickelten einen Transportroboter, der an Körperzellen andockt, nach bestimmten Markern auf der Oberfläche sucht und dann zielgenau seine Fracht freigibt.

Vehikel aus DNALaden...
Vehikel aus DNA | Der Nanoroboter in seiner geöffneten (Vordergrund) und geschlossenen Form (Hintergrund). Im Innern sind weitere DNA-Stücke zu erkennen, mit denen die Fracht fixiert wird. Da der Transporter an beiden Seiten offen ist, lässt er sich verhältnismäßig einfach beladen.

Wie Teammitglied Shawn Douglas erläutert, könnte ein solches Vehikel eines Tages Medikamente vor Ort abladen oder Signalmoleküle in krankhafte Zellen schleusen, um deren Selbstzerstörungsmechanismus zu aktivieren. Bei Versuchen mit Zellkulturen ist das den Forschern bereits gelungen.

Das Team um Douglas konstruierte den DNA-Roboter mit der Technik des so genannten DNA-Origami: Lange Stränge des Genoms eines Virus werden um zahlreiche kurze Einzelstrangschnipsel ergänzt, die sich dann untereinander verknüpfen. So ordnen sich die Stränge zu stabilen Flächen an. Aus ihnen bastelten die Wissenschaftler anschließend die zwei Hälften eines 45 Nanometer langen Sechskantrohrs.

Beide Hälften verbanden sie am Anfang des Rohrs durch ein Scharnier und am Ende des Rohrs durch zwei Klammern aus DNA – jeweils zwei komplementären Einzelsträngen, die aneinanderhaften und dadurch den üblichen Doppelstrang bilden. Reißt diese Doppelstrangverbindung auseinander, öffnen sich die Klammern, das Rohr federt auf und gibt die im Innern festgehaltene Fracht frei.

Damit dies nur im richtigen Moment geschieht, konstruierten Douglas und Kollegen die Klammern mit Zusatznutzen: Sie bestehen aus so genannten Aptameren, kurzen DNA-Strängen, die exakt so geformt sind, dass sie sich an ein bestimmtes Zielmolekül anlagern können. Weil diese Bindung vergleichsweise stark ist, bricht die Doppelstrangverbindung auf, sobald ein Zielmolekül erkannt wurde.

Durch Auswahl des passenden Aptamers lasse sich der Roboter gewissermaßen programmieren, so die Forscher. Mit zwei verschiedenen Klammern und jeweils unterschiedlichen Aptameren konnten Douglas und Team sogar eine Art logischer UND-Schaltung verwirklichen: Die Röhre öffnet sich in diesem Fall nur dann, wenn beide Zielproteine erkannt wurden.

7. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 7. KW 2012

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