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Nanotechnologie

Kiste aus DNA-Strängen gebaut

DNA-Kiste
Wissenschaftler haben DNA-Stränge so manipuliert, dass sie sich von selbst in die Form nur wenige nanometergroßer Kisten falten – komplett mit Deckel und Schloss. Die Größe eines solchen Behälters reiche aus, um einen Poliovirus oder ein Ribosom aufzunehmen, berichten die Forscher um Jørgen Kjems von der dänischen Aarhus Universitet. Als Schlüssel für die Schlösser dienen ebenfalls kurze DNA-Ketten.

DNA-Kiste in 3-D
DNA-Kiste in 3-D | Dreidimensionale Rekonstruktion der DNA-Kiste aus mit dem Elektronenmikroskop aufgenommenen Schnittbildern. Bei der Kiste ganz rechts ist eine Seitenwand weggelassen: Die dahinter verborgene Öffnung ist groß genug, um ein ganzes Ribosom aufzunehmen.
Die sechs Seitenflächen der Molekül-Kiste bestehen aus parallel angeordneten und miteinander verknüpften DNA-Abschnitten, die von 220 weiteren Kurzsträngen in Form gebracht werden. Insgesamt entsteht so ein Kubus von 42 mal 36 mal 36 Kubiknanometern Größe. Einige dieser Verbindungsstücke funktionieren wie Scharniere und erlauben so ein Öffnen und Schließen des Deckels. Das als Schloss eingesetzte Scharnier spaltet sich in Anwesenheit zweier "Schlüssel"-DNA-Stränge auf und lässt damit den Kistenverschluss aufschnappen.

Kjems und Kollegen verwendeten verschiedene Mikroskopiertechniken, wie Rasterkraftmikroskopie und Elektronentomografie, um am Endprodukt die korrekte Faltung zu überprüfen. Zwei fluoreszierende Marker am Schloss der Kiste gaben darüber Auskunft, ob sich ein Deckel tatsächlich auf Kommando geöffnet hatte: Sie leuchteten nur, wenn sie in ihrer Ausgangsposition unmittelbar nebeneinander lagen. Dass die beiden Seitenflächen auseinandergeschnappt waren, ließ sich so am Verlöschen des Leuchtens ablesen.

Der Öffnungsmechanismus
Der Öffnungsmechanismus | In Anwesenheit zweier spezieller DNA-"Schlüssel" öffnet die Kiste und gibt ihren Inhalt frei. Die Forscher erkannten dies am Verblassen von Fluoreszenzmarkern (Sterne).
Mit ihrer Studie waren die Forscher einerseits darauf aus, die konkrete Machbarkeit eines solchen "DNA-Origami" im dreidimensionalen Raum zu demonstrieren. Andererseits seien aber auch eine Anzahl von Anwendungen denkbar, etwa um Enzyme oder andere Frachten in Zellen zu schleusen und dort gezielt freizusetzen. Dem kommt zugute, dass die Erbgutkiste unter natürlichen Bedingungen ihre Form und Funktion behält. (jd)
19. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 19. Woche 2009

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  • Quellen
Andersen, E. et al.: Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid. In: Nature 459, S. 73–76, 2009.

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