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Biotechnik: Zweibeinige DNA wandert zielgerichtet

Nadrian Seeman und seine Kollegen haben ein zweibeinig gewinkeltes DNA-Molekül konstruiert, das gerichtet auf einer Bahn entlang schreitet. Dabei sorgen kurze Nukleotidstränge als Antriebsmittel dafür, dass der DNA-Motor koordiniert immer ein Molekülbein vor das andere setzt. Robuste und durch ihre und die DNA-Sequenzen des Untergrunds lenkbare Nanogeräte eines solchen Typs könnten vielfältige Transportaufgaben in der Nanotechnik der Zukunft übernehmen, hoffen die Wissenschaftler von der New York University.

Die Forscher verbesserten frühere ähnliche Ansätze, bei denen ein sich bewegendes DNA-Molekül auf einer DNA-Schiene entlang schreitet. Dabei muss immer ein Bein an einer Bindestelle vom Untergrund gelöst werden und an einer weiter vorne liegenden Bindestelle andocken. Dies funktioniert allerdings nur dann nicht zufällig, sondern gerichtet, wenn weiter zurückliegende Bindestellen blockiert und weiter vorne befindliche frei liegen und erreichbar sind, was nur mit hohem Aufwand kontrollierbar ist. Die Bindestellen zeichnen sich durch eine zu den Fußregionen passende Sequenz aus.

Laufende DNALaden...
Laufende DNA | Das Prinzip der zweibeinig gerichtet laufenden DNA in Kurzfassung: Entscheidend sind dabei verschiedene Bindestellen für den DNA-Träger (schwarz dargestellt) und die in Lösung befindlichen Antriebs-DNA-Stücke in Haarnadelform (F1). Sie binden (Schritt 1) an der Sequenz "c" der Bindestelle T2 und verdrängen dann an der Sequenz "e" von T1 die Träger-DNA (2). Nach und nach werden nach diesem Schema DNA-Abschnitte neu verknüpft, wobei die Träger-DNA schrittweise von links nach rechts schreitet (5-6).
Seemans Team führte nun zusätzliche Haarnadel-DNA-Ketten ein, die im Medium gelöst sind. Diese DNA-Moleküle dienen als Antrieb der gerichtete Wanderung der zweibeinigen Träger-DNA. Die Antriebs-DNA verdrängt und blockiert in einem ersten Schritt die nur wenige Basenpaare überlappende Bindung zwischen DNA-Bahnuntergrund und dem hinteren der zwei DNA-Schenkel. Das Bein wandert dann zu einer weiter vorne liegenden Bindestelle und dockt an. Dies sorgt für eine Reaktion, die das Loslassen des vormals vorderen, nun hinteren Beins erleichtert. Insgesamt bewegt sich der DNA-Träger dadurch gerichtet und schnell entlang der DNA-Bahn. Die Energie für die Bewegung stammt dabei aus den zugegebenen Antriebs-DNAs.

Molekulare Motoren in der Natur beruhen oft auf Proteinen wie Dynein oder Kinesin, die mit zwei beinähnlich ausschreitenden Molekülabschnitten etwa auf Mikrotubuli entlang gleiten. Im Zellinneren transportieren solche Traktormoleküle etwa Vesikel, Makromoleküle oder Organellen. Wandernde DNA-Transporter auf DNA-Bahnen könnten sich aber für nanotechnische Aufgaben als robuster erweisen und möglicherweise wegen der Möglichkeit, die Transportwege mit Hilfe der Sequenzen zu lenken, auch vielseitiger sein. (jo)

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