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Nanotechnologie: DNA-Origami: Molekül-Faltkunst in der Nanowelt

Seit Milliarden von Jahren fungiert die DNA als Träger von Erbinformation. Nun verwenden Wissenschaftler das Molekül für neue Zwecke: zum Beispiel zum Bau winziger Maschinen, die in unserem Körper auf Jagd nach Krebszellen gehen.
Ten years of DNA origami

Veröffentlicht am: 18.03.2016

Laufzeit: 0:03:35

Sprache: englisch

Nature ist ein hochrangiges interdisziplinäres Wissenschaftsjournal.

2006 schaffte es ein Smiley auf den Titel des Wissenschaftsmagazins Nature. In der Realität unsichtbar klein, lachte es dort den Lesern entgegen und wirkte wie eine nette Spielerei. Längst aber steht es sinnbildlich für die Faltkunst mit DNA, die in unterschiedlichsten Forschungsdisziplinen ihren Platz gefunden hat. Doch wie falten die Wissenschaftler DNA – und vor allem: wozu?

Hand anlegen müssen sie jedenfalls nicht, erklärt Nature in diesem sehenswerten Video zum zehnjährigen Jubiläum der Erfindung des DNA-Origami im vergangenen Jahr. Die aufwändigen Stop-Motion-Animationen mit Papier-Origami machen deutlich: "Gefaltet" wird, indem ein längerer einzelner DNA-Strang sich mit vielen kurzen verbindet und anschließend von selbst in die gewünschte zwei- oder dreidimensionale Form findet.

Was das Video in seinen dreieinhalb Minuten nicht zeigt, ist die nötige Vorarbeit des Wissenschaftlers. Der entwirft die Form zunächst am Computer. Ein Computer berechnet dann die nötigen Zutaten, also DNA-Sequenzen. Die muss der Forscher künstlich herstellen oder – noch einfacher – online bestellen. Im Labor werden die Zutaten schließlich nur noch gemischt und erhitzt, und schon nach einigen Stunden schwimmen Billionen kleiner DNA-Strukturen in einem einzigen Wassertropfen.

Was wie Magie klingt, ist simple Physik: Jedes System strebt nach einem möglichst energiearmen Zustand. Die DNA-Teile lagern sich also genau so aneinander an, dass sie ihre Bindungsenergie minimieren. Das Kunststück des Wissenschaftlers (und einer Software) besteht also darin, genau die Zutaten zu wählen, die tatsächlich in der gewünschten Form zusammenfinden.

Längst sind neben Nano-Kunstwerken wie der erst kürzlich veröffentlichten Mona Lisa aus DNA auch erste Nanomaschinen entstanden. Eines Tages, so berichtet das Video, könnten sie im menschlichen Körper umherwandern, Krebszellen erkennen und vor Ort Wirkstoffe freigeben.

Wie das genau funktionieren soll, verrät der Clip zwar nicht. Das Prinzip ist aber einfach: DNA-Sequenzen lassen sich zu nanometergroßen "Kisten", "Deckeln" und "Schlössern" falten. In der Gegenwart einer Krebszelle, die spezifische Schlüsselmoleküle (Antigene) auf ihrer Oberfläche hat, öffnet sich das Schloss und die Medikamentenkiste gibt ihren Inhalt preis (siehe etwa eine Studie von 2012 in Science).

Bis zu solchen klinischen Anwendungen ist es zwar noch ein weiter Weg. Zumindest die Unbedenklichkeitsprüfung könnten die kurzen DNA-Stücke aber schon jetzt mühelos bestehen: Sie haben keinerlei genetische Bedeutung und werden vom Körper einfach abgebaut.

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