DNA te gebruiken als lijm van gelblokjes

Parende gelblokjes

Onderzoekers van het instituut voor wetenschap en technologie (OIST) in Okinawa (Jap) hebben met behulp van DNA blokjes gel aan elkaar ‘gelijmd’ die met het blote oog zijn waar te nemen. Die techniek zou mogelijk in de toekomst iets kunnen betekenen voor het kweken van organen en weefsels, denken de onderzoekers.
De gelblokjes waren zo’n 2 mm groot en bevatten DNA aan het oppervlak. Door dat DNA assembleerden die blokjes binnen zo’n tien tot vijftien minuten en vormden een structuur. “Volgens ons zijn dat de grootste voorwerpen die geprogrammeerd door DNA structuren hebben gevormd”, zegt Vyankat Sontakke.
Zo’n proces wordt zelforganisatie of, specifieker, -assemblage genoemd. De nucleotidevolgorde van het DNA zorgt dat die bindt aan een ‘spiegelvorm’ bij DNA op een ander gelblokje, zodat er spontaan bepaalde structuren ontstaan. Zelforganisatie is heel normaal in de natuur (en dus ook in cellen). Die leidt (of kan leiden) tot de vorming van heel complexe microstructuren, maar, zoals blijkt, is ook te gebruiken voor het ‘bouwen’ van macrostructuren.

“We hebben DNA gekozen omdat dat zo programmeerbaar is”, zegt Yohei Yokobayashi, hoofd van de afdeling kernzuuronderzoek bij OIST. “Daardoor is dat uitstekend geschikt om sequenties te herkennen.” Nucleotiden waaruit DNA is opgebouwd komen daar maar in vier vormen voor, meestal aangeduid met de letter van de base: A,C, G en T. In een dubbele DNA-streng paart (‘lijmt’) A aan T en G aan C (en omgekeerd, uiteraard).
In een experiment hadden de onderzoekers groene en rode gelblokjes gemaakt met, enkelstrengig, DNA op het oppervlak. Die op de groene blokjes paarden met die op de rode. Door die paring ontstond er een structuur die in principe te sturen is aan de hand van de DNA-sequenties.

Specifieke sequenties

Ze probeerden ook uit of DNA ook bepaalde volgordes van nucleotiden konden herkennen en uiteraard bleek dat zo te zijn. Daarbij werden verschillende kleurtjes gebruikt, waarbij op kleur werd gesorteerd (als het werkte, maar dat deed het). In feite heb je met deze techniek een legobouwdoos. Yokobayashi: “Dat toont aan dat dat proces van zelfassemblage heel specifiek is en makkelijk te programmeren. Als je de DNA-sequentie verandert kunnen we ervoor zorgen dat de blokjes op verschillende manieren op elkaar reageren.”

De onderzoekers bekeken daarnaast of ze structuren ook konden deassembleren. Ze maakten twee ‘parende’ DNA-strengen en maakten een derde streng dat paarde met een deel van de eerste streng. Ze plaatsten de eerste en de derde, kortere streng op de gelblokjes. In oplossing paarden ze spontaan tot een structuur. Vervolgens werden blokjes toegevoegd met de langere tweede streng die precies paste op de eerste. Na een uur hadden blokken met die lange tweede DNA-streng de kortere vervangen. Dat betekent volgens Sontakke dat het proces geheel omkeerbaar is. “Dus alle componenten kunnen ook worden hergebruikt.”
Tot nu toe hebben de onderzoekers het simpel gehouden met gelblokjes, maar je kunt natuurlijk ook andere vormen gebruiken om bepaalde structuren te zelfassembleren. Ook willen ze met grotere vormen gaan experimenteren. Yokobayashi: “Dit is nog fundamenteel onderzoek, maar in de toekomst kunnen deze technieken gebruikt worden voor weefselkweek en regeneratieve geneeskunde. Je kunt in de blokjes verschillende cellen plaatsen die vervolgens een ruimtelijke structuur vormen tot weefsels en organen.” Niet alleen dat perspectief maakt hem blij, maar ook het fenomeen op zich. “Het is echt een leuk stukje wetenschap.”

Bron: Alpha Galileo

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.