Haarspeldmethode om DNA-constructies te bouwen. De uitgangsstof (‘primer’) is grijs. De haarspeld bouwt al naar gelang de codering een nieuw stukje DNA en plakt dat aan de uitgangssequentie, enzovoort. (afb: Harvard)

We hebben het vaak over DNA, maar dan gaat het over het natuurlijke DNA, dat meterslange molecuul dat uit vier bouwstenen bestaat: de ‘letters’ A, C, G en T die twee aan twee onderling paren (AT en GC) vormen en, daarmee, een dubbel streng. Een van de dromen van de synbioloog is om, synthetisch, DNA te construeren, dat mooie, nieuwe eigenschappen heeft, met de gebruikelijke ‘letters’ of met nieuwe. Nu schijnen onderzoekers van de Amerikaanse Harvard-universiteit  met een ‘haarspeldmethode’ synthetisch DNA te hebben gemaakt dat zichzelf vormt. Ze schijnen dan vooral te denken aan ‘bouwmateriaal’ voor gerichte medicijnafgifte, sensoren of nanofabriekjes e.d., heel prozaïsch, maar ook aan het herprogrammeren van cellen.

Bij die toepassingen gaat het meestal om de synthese van stukjes DNA bestaand uit enkele duizenden basen (de ‘letters’, dus); kinderspel in vergelijking met het echte werk. Tot nu toe hadden onderzoekers geen middelen om langere, eenstrengige stukken DNA te maken die vanzelf aangroeien en zich samenvoegen volgens een groter bouwplan. Peng Yin van het Wyss-instituut van de Harvard-universiteit schijnt daar een oplossing voor te hebben gevonden.
Yin en de zijnen ontwikkelden een methode om vooraf bedachte DNA-sequenties samen te voegen volgens een bepaald ‘montagevoorschrift’. Ze probeerden hun PER-cascademethode uit en dat schijnt een succes geworden te zijn. Ze construeerden DNA-componenten met verschillende functies, zoals een zelfstandig groeiend DNA-bouwwerk (origami), DNA-sensoren of logische circuits.

Samenvoegen

Bestaande methodes haar korte DNA-sequenties produceren, maar het probleem is om die stukjes op een vooraf bepaalde manier samen te voegen. Yin: “Met de PER-cascademethode kun je een heel nieuw type programmeerbare, molecuulcomponenten construeren en daarmee vul je een hiaat op waardoor de  mogelijkheden aanzienlijk worden uitgebreid.”

De PER-cascademethode maakt gebruik van twee componenten: een katalytische DNA-haarspeld (de feitelijke bouwer) en een uitgangssequentie (de ‘primer’). Die haarspeld lijkt inderdaad op de echte. Zij heeft een extra stukje DNA waarmee de uitgangssequentie wordt ‘gepakt’ (de sequenties zijn complementair, vandaar). Al naar gelang van de basesamenstelling van de haarspeld, voegt die een nieuw stukje toe aan het eerste, laat weer los, en zo voort (zie ook op de afbeelding).
Dat lijkt een beetje op een molecuulrobot die stukjes DNA aan elkaar plakt en alles bij dezelfde temperatuur. “Die methode geeft ons een grote vrijheid”, zegt Jocelyn Kishi. “We kunnen niet alleen hetzelfde stuk DNA steeds weer opnieuw maken en toevoegen aan een groeiend stuk DNA, maar we kunnen ook verschillende stukken DNA toevoegen. Dat doen we door de samenstelling van de katalytische haarspeld en de primers te veranderen, terwijl de synthetisering voortschrijdt. We kunnen de streng ook in verschillende richtingen laten groeien.”

“We werken nu aan PER-cascades voor verschillende toepassingen, zoals moleculaire opnemers, diagnostische toepassingen en beeldtechnieken. We hopen dat soort systeempjes op een dag ook te kunnen toepassen in levende cellen om, bijvoorbeeld, cellen te reprogrammeren.”

Bron: EurekAlert