Posted in: Chemie, Technik 15. November 2012 20:00 Weiter lesen →

Eine Kanüle aus DNA

Grafik zeigt aus Doppelhelix-Säulen zusammengesetzte Kanüle Einen Durchbruch im wahrsten Sinne des Wortes haben Münchner Physiker erzielt. Die von ihnen entwickelten DNA-Stränge lagern sich selbsttätig zu einer molekularen Kanüle zusammen, durch die Teilchen von einer Seite einer Membran auf die andere gelangen können. Dieser DNA-Kanal arbeitet ganz ähnlich wie natürliche Vorbilder, die auf ungleich komplizierteren Proteinen beruhen.

Die eigentliche Nadel (rot) ragt aus dem mit Cholesterin (orange) gespickten Kragen heraus. Grafik: Technische Universität München

Nach dem gleichen Prinzip lassen sich auch weitere natürliche Molekülmaschinen nachbauen, wie sie im Laufe der Evolution entstanden sind, hoffen die Forscher um Hendrik Dietz und Friedrich Simmel von der Technischen Universität München. Solche künstlichen Pumpen, Motoren oder Transporter mit maßgeschneiderten Eigenschaften könnten vielleicht in der Forschung und zur Bekämpfung von Krankheitserregern genutzt werden, schreibt die Gruppe im Magazin „Science“.

DNA fasziniert Forscher nicht nur, weil sie Trägerin der Erbinformation ist. Wenn ihre Bausteine in der passenden Reihenfolge angeordnet sind, können sich DNA-Stränge fest zusammenlagern wie die zwei Seiten eines Klettverschlusses. Dank dieser Eigenschaft taugt DNA auch als Baustein für dreidimensionale Gebilde: Kurze DNA-Stränge werden als Verbindungstücke zu langen DNA-Strängen gegeben und bilden mit ihnen automatisch jene Struktur, die in die Abfolge ihrer Bausteine einprogrammiert ist.

EM-Aufnahme zeigt mit DNA-Kanülen gespicktes Vesikel als runde Kugel mit Strahlenkranz Mehrere DNA-Kanülen auf einem kleinen Membranvesikel (Größenmaßstab: 25 nm). EM-Aufnahme: Technische Universität München

Die von den Münchner Forschern entwickelte DNA-Kanüle besteht aus insgesamt 54 DNA-Doppelsträngen. Lediglich 6 davon bilden die eigentliche Nadel mit einem Innendurchmesser von 2 Nanometern (Millionstel Millimetern) und einer Länge von 42 Nanometern. Die übrigen Doppelstränge sind als dichter Kragen um die Nadel herum angeordnet und an einem Ende mit Cholesterinmolekülen gespickt. Dank dieser fettliebenden Anhängsel kann sich der Kragen an eine Lipidmembran anheften und sie dabei mit der dünnen Nadel durchbohren.

Wird nun eine elektrische Spannung an die Membran angelegt, können immer wieder geladene Teilchen durch die Nadel treten und einen winzigen Strom-Ausschlag erzeugen, beobachteten die Forscher. Ähnlich biologischen Kanalproteinen kann auch das DNA-Pendant zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand wechseln. Wie rasch es das tun, lässt sich durch gezielte Mutation beeinflussen.

Und selbst etwas größere DNA-Moleküle können sich durch die Nadel zwängen, indem sie sich zunächst entfalten und strecken. Dieser etwas umständliche Vorgang ist daran erkennbar, dass vorübergehend kein Strom fließt. Da die Dauer der Verstopfung von der Art und Größe des jeweils passierenden Moleküls abhängt, könnte die DNA-Kanüle vielleicht auch als Detektor oder Analysewerkzeug genutzt werden.

Forschung: Martin Langecker, Verau Arnaut, Thomas G. Martin, Hendrik Dietz und Friedrich C. Simmel, Lehrstuhl für Bioelektronik und Walter-Schottky-Institut, Department Physik, Technische Universität München; und andere

Veröffentlichung Science, Vol. 338, 16.11.2012, pp 932–936, DOI 10.1126/science.1225624

WWW:
Abstract in „Science“
Biophysik, TU München
Molecular Origami
cadnano

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
DNA zu Buckyballs

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1 Kommentar zu "Eine Kanüle aus DNA"

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  1. Thomas G. Martin sagt:

    Einer der Namen bei „Forschung“ ist falsch. Statt Thomas G. Mann, Thomas G. Martin.

    Danke für den Hinweis, wir haben die Angaben korrigiert. (Die Red.)