Miniatur-Nähzeug bändigt DNA

Ähnliche Probleme führen oft zu ähnlichen Lösungen - so geschehen im Falle von Nähgarn und DNA. Japanische Forscher haben mikroskopisch kleine Haken und Spulen hergestellt, mit denen sich die zur Knäuelbildung neigenden Erbgutstränge bändigen lassen.

Grafik: National Human Genome Research Institute

Mit diesen Instrumenten können die filigranen DNA-Stränge bewegt und aufgewickelt werden, ohne sie mechanisch über Gebühr zu beanspruchen, berichten die Forscher um Masao Washizu von der Universität Tokyo im Fachblatt “Lab on a Chip”. Beispielsweise können gezielt einzelne Abschnitte eines DNA-Strangs gestreckt werden, um die Anlagerung von Proteinen zu studieren.

In den Chromosomen eng verpackt, bringen es die Erbgutstränge einer einzigen menschlichen Zelle im gestreckten Zustand auf eine Gesamtlänge von gut 1 Meter. Gleichzeitig ist ein DNA-Strang aber nur 2 Nanometer dick. Daher reiche schon eine ungünstige Flüssigkeitsströmung, um den Strang hoffnungslos zu verknäueln oder gar zu zerreißen und so die Untersuchung der räumlichen DNA-Information zu vereiteln, erläutern Washizu und Kollegen.

Am Beispiel von Hefe-DNA demonstrieren die Forscher, wie ihr Miniatur-Nähzeug derlei Probleme vermeiden hilft. Die einzelnen Bestandteile sind wenige Mikrometer groß, werden aus Epoxidharz gefertigt und mit intensiven Laserstrahlen gesteuert.

Zunächst wird ein DNA-Strang mit einem Z-förmigen Haken aufgenommen. Dessen Öffnungen sind mit Widerhaken gespickt, sodass sich der DNA-Strang beliebig hin und her bewegen lässt, ohne verloren zu gehen. Nun wird der Strang zwischen zwei Spulen bugsiert, von denen eine im Kreis um die andere geführt wird. Als Folge wickelt sich der Strang auf die Spulen auf und lässt sich mit diesen als kompaktes Paket bewegen. Wird die Kreisbewegung der Spulen umgekehrt, wickelt sich der DNA-Strang allmählich wieder ab.

Forschung: Kyohei Terao, Department of Micro Engineering, Kyoto University, Kyoto; Masao Washizu und Hidehiro Oana, Department of Mechanical Engineering, University of Tokyo, Tokyo

Veröffentlichung Lab on a Chip, 23. Juni 2008, DOI 10.1039/b803753a

WWW:
Mechanical Engineering, Kyoto University
Bio Nano Technology Lab, University of Tokyo
Aufbau und Struktur der Erbsubstanz
Optical Tweezers

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Was die DNA zusammenhält
Miniatur-Chemie mit Lipiden und Lasern