Bij b) staan de kubusachtige basisvormen met toenemende complexiteit, die als uitgangspunt dienen van nauw gedefinieerde DNA-structuren (afb: Nature)
Al jaren proberen onderzoekers grote kristallen van DNA te maken met precieze afmetingen en ingewikkelde eigenschappen. Dan praten we niet per se over toepassingen in de biologische sferen, maar ook over computertoepassingen en microscopie, zo schijnt. Nu is een groep onderzoekers er in geslaagd 32 DNA-kristallen te hebben gemaakt met nauwkeurig gedefinieerde afmetingen en ruimtelijke structuur. DNA is hier dus niet in de eerste plaats de ‘codedrager’ van het leven maar bouwmateriaal.
De onderzoekers gebruikten de bouwsteenzelfassemblagemethode die voor het eerst werd gepubliceerd in een artikel in Science in 2012. Toen werden 100 ruimtelijke nanostructuren gemaakt met de afmetingen van een virus. De huidige bouwsels zijn zo’n 1000 keer groter, iets in de ordegrootte van een stofdeeltje. Dat is voor nanotechnologie aan de grote kant. “We zijn erg blij dat onze DNA-bouwsteen-benadering is geslaagd”, zegt onderzoeker Peng Yin van het Wyss-instituut van de Harvard-universiteit. “We waren verrast hoe goed dat werkte.” Wetenschappers hebben lang geworsteld met het kristalliseren van complexe DNA-structuren, waarbij ze zich verlieten op conventionelere zelfassemblagemethodes. Daarbij groeit het risico op fouten met de grootte en de complexiteit van het DNA-kristal.
De DNA-bouwsteenmethode maakt gebruik van korte strengen DNA, die, bijna zoals legoblokjes, met elkaar worden verbonden. De ‘bouwers’ beginnen met een molecuulkubus en dan wordt het knippen en plakken tot de gewenste basisvorm daar is. Dan begint de zelfassemblage door dit ‘bouwsel’ te mengen met de juiste stukken DNA om de uiteindelijke kristalstructuur te krijgen. “De modulariteit is wezenlijk”, zegt medeonderzoeker Yonggang Ke. “Het toevoegen of weghalen van stukken aan het grondmodel maakt het mogelijk vrijwel elke vorm te creëren.” Die modulariteit maakt het ook makkelijker de precieze afmetingen van het kristal te verwezenlijken. Ke: “Dit is voor het eerst dat iemand heeft laten zien dat het mogelijk is iets te ontwerpen en te maken met nanoprecisie tot afmetingen van wel 80 nm.” De ‘oude’ gesynthetiseerde structuren van DNA uit 2012 hadden een dikte van 2 nm.
Die DNA-kristallen zouden emplooi kunnen vinden in nanotoepassingen door hun compacte en repeterende eenheden. De onderzoekers lieten ook zien dat het mogelijk is gouddeeltjes in de DNA-structuur in te bouwen, die niet meer dan 2 nm van elkaar zitten. Dat zou voor kwantumcomputertoepassingen van nut kunnen zijn, denken de onderzoekers. Bovendien zouden zulke kwantumcomponenten goed in grotere hoeveelheden te fabriceren zijn. Deze DNA-nanotechnologie maakt het mogelijk op een nauwkeurige manier DNA-structuren te maken, waarmee de complexiteit van de motoreiwitten (molmachines), de werkpaarden van het leven, kan worden bereikt, denken de onderzoekers. Kortom de mogelijkheden zijn legio, al moet ik bekennen dat ik me zelf nog wat lastig kan voorstellen wat er allemaal mogelijk is, maar dat ligt, hoogstwaarschijnlijk, aan mijn gebrek aan voorstellingsvermogen.
Bron: Science Daily