DNA-Origami – stabil und zugänglich
Forschenden um Amelie Heuer-Jungemann am MPI für Biochemie ist es gelungen, einen stabilen Mantel für DNA-Origami Strukturen zu schaffen, der dennoch Spielraum für molekulare Interaktionen bietet.
Martinsried. Forscher*innen des Max-Planck-Institutes für Biochemie und der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München haben einen Durchbruch auf dem Feld der Nanotechnologie erzielt. Sie haben eine neue Methode entwickelt, mit der aus DNA gefaltete Strukturen zwar stabil bleiben, aber dennoch für die Interaktion mit anderen Molekülen zugänglich sind. Diese neuartige Methode verwendet das sogenannte DNA-Origami, bei dem lange, einzelsträngige DNA-Moleküle durch kürzere in die gewünschte Form gefaltet werden. Mit Hilfe dieser Technik können verschiedenste, nur wenige Nanometer große Formen mit hoher Präzision gebaut werden. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.
Amelie Heuer-Jungemann und ihr Team verwenden DNA-Origami als eine Art Schablone für winzig kleine Strukturen. Um diese herzustellen, wird die gewünschte Struktur zunächst aus DNA-Material „zusammengefaltet“. Im Anschluss wird um dieses DNA-Gerüst eine Schutzschicht aus Silika gelegt. Das Silika sorgt dann dafür, dass das Origami stabil bleibt. Mit Hilfe dieses Verfahrens können komplexe Strukturen auf der Nanoebene nachgebildet werden, die viele potentielle Anwendungsmöglichkeiten haben. Sie können beispielsweise als Bausteine für komplexe, nur wenige Nanometer große Maschinen und Sensoren, oder auch für die gezielte Verabreichung von Medikamenten verwendet werden.
Obwohl unter anderem auch Amelie Heuer-Jungemann und ihr Team bereits zuvor gezeigt hatten, dass es möglich ist Silika-Nanostrukturen mit Hilfe von DNA-Origami herzustellen, konnte bisher noch nicht nachgewiesen werden, dass die DNA in diesen Strukturen auch trotz ihrer Schutzschicht noch mit anderen Molekülen interagieren kann. Durch solche Interaktionen könnten beispielsweise biomedizinische Wirkstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe oder funktionelle Proteine an die Strukturen angebunden werden. In einer Kollaboration mit dem Forschungsteam um Viktorija Glembockyte an der LMU, konnten die Forscher*innen mit Hilfe neuster Techniken nun nachweisen, dass die Zugänglichkeit der Nanostrukturen auch nach der Ummantelung mit Silika bestehen bleibt. Der neue Ansatz des Teams um Amelie Heuer-Jungemann basiert auf der Erkenntnis, dass einzelsträngige DNA, sowohl außerhalb, als auch innerhalb des Origamis, anders als der Rest des Origamis, nicht von Silika bedeckt wird und so für andere, komplementäre DNA-Stränge zugänglich bleibt.
Lea Wassermann, Erstautorin der Studie, sagt: „Unsere Arbeit zeigt die erste vollkommen modifizierbare Silika-Nanostruktur, die sowohl in Größe, als auch Form von uns kontrolliert werden kann. Wir glauben, dass dieser neue Ansatz einen signifikanten Einfluss auf die künftige Entwicklung neuer Materialien haben wird, mit Anwendungsmöglichkeiten auf den verschiedensten Gebieten. Vor allem aber sehen wir großes Potential für die Anwendung in der Biomedizin und Biokatalyse.“
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