De basen zijn de vier gekleurde staafjes (geel, groen, blauw en oranje) die de treden van de DNA-wenteltrap lijken

Eigenlijk hoort dit verhaal niet in dit synbioblog, maar omdat het over DNA gaat knijp ik een oogje dicht. Al vaker is er aan DNA gesnuffeld naar mogelijkheden die dat wonderbaarlijke molecuul zou kunnen bieden bij elektronische toepassingen. Dan gaat het meestal over het opslaan van gigantische hoeveelheden gegevens. Kennelijk biedt DNA ook mogelijkheden als (half)geleider. Is DNA het nieuwe silicium? Over DNA-elektronica en het meten van DNA-schade.

Over korte afstanden stromen elektronen over het DNA-molecuul zoals golven in een vijver. Over langere afstanden gedragen zouden de elektronen zich meer als huppelende deeltjes. Onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Arizona rond Nongjian Tao en theoretisch scheikundige David Beratan van de Duke-universiteit hebben een manier gevonden om DNA zo te bewerken dat de elektronenstroom zich meer gedraagt als die in een geleider, maar ook als een halfgeleider. Het onderzoek levert inzicht op hoe DNA-draden zijn te stabiliseren, maar ook hoe je geleidbaarheid kunt gebruiken om schade aan het DNA-molecuul te achterhalen. “We hebben nu laten zien dat DNA instelbaar is door de volgorde van de DNA-basen te veranderen, door ze te stapelen in verschillende richtingen en op verschillende manieren of door DNA onder te dompelen in verschillende waterige omgevingen.”

Elektronen

Er is in de wetenschap lang gekibbeld over hoe elektronen zich langs dat immens lange molecuul bewegen. Uit eerder onderzoek was het Tao duidelijk geworden dat over de kortere afstanden de elektronen bewegen via kwantumtunneling en dat gaat veel sneller dan het ‘huppelen’ over de langere afstanden. De onderzoekers wilden aantonen dat er ook over de langere afstanden ‘golfbewegingen’ zijn. Ook wilden ze zien uit te vinden hoe die versterkt en uitgebreid zouden kunnen worden.
DNA is een lang molecuul, uitgerekt bijna 2 m lang, en moet dus in een celkern van een paar micron stevig gepropt en gevouwen worden. DNA is extreem vouwbaar. Dat zou de golfbeweging van elektronen bemoeilijken. Het idee was dan ook dat zo’n golfbeweging een bereik had van hooguit drie basen (de bouwstenen van DNA). Uit computersimulaties vond Beratan dat dat bereik van de golfbeweging verbeterd kon worden door bepaalde basenvolgordes te formeren. Het beste leken blokken van vijf G’s (de basen, de letters van DNA, zijn C, G, A en T). Daardoor zou DNA minder snel worden ‘ontregeld’ door willekeurige bewegingen van de flexibele streng. Er werd geëxperimenteerd met verschillende lengtes van de ‘G-blokken’, waarna vervolgens de elektrische geleidbaarheid werd gemeten.
De onderzoekers vonden dat door herhaling van een aantal C’s en G’s (even, oneven) het beste werkte. Met een oneven aantal was er minder weerstand/meer geleidbaarheid en leken de elektronen zich te bewegen zoals in metalen.

Toepassingen

Dat biedt uitzicht op andere elektronische toepassingsmogelijkheden dan als op opslagmateriaal (geheugens), maar dit vergrote inzicht in de elektrische eigenschappen van DNA biedt ook mogelijkheden op biologisch terrein. De G-base is het meest van de vier gevoelig voor oxidatie. Die basen komen ook onevenredig veel voor in de uitlopers van de chromosomen, de zogeheten telomeren. Je zou die telomeren als de beschermers van de kwetsbare genetische informatie op het DNA-molecuul kunnen zien. Telkens als cellen delen worden die teleomeren een stukje korter. Of het nu het kip of het ei is nog niet bekend, maar die verkorting van de telomeren gaat gelijk op met veroudering. Worden die uitlopers korter door oxidatie van (= schade aan) de G’s? Het zou nu, in theorie, mogelijk moeten zijn schade aan DNA, met name die van G, te meten, om zo meer inzicht te krijgen op dit proces. Afijn, het is allemaal, naar mijn mening, nog erg in de onderzoeksfase en dit onderzoek zal ongetwijfeld worden voortgezet.

Bron: Science Daily