Weben von Fässern aus DNA

Gute Dinge kommen wirklich in kleinen Paketen, so a Gruppe von Studenten an der Harvard-Universität. Sie konstruierten einen winzigen Behälter mit einem Durchmesser von etwa 30 Nanometern, der vollständig aus DNA besteht und eines Tages verwendet werden könnte, um Medikamente oder gen- oder proteinbasierte Therapien an bestimmte Gewebe im Körper zu verabreichen.

Harvard-Studenten entwarfen eine DNA-Sequenz, die sich zu einem winzigen, hohlen Behälter falten lässt.

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Wir wissen, dass DNA ein sehr stabiler Baustoff ist, sagt Valerie Hoi-Ting Lau, eine der am Projekt beteiligten Studenten. Jetzt versuchen wir, die Tatsache auszunutzen, dass es programmierbar ist. Lau und andere präsentierten ihr Fass auf der Internationale gentechnisch veränderte Maschinen Wettbewerb am MIT Anfang dieses Monats (siehe Bizarre Bacterial Creations ).



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  • DIASHOW: Sehen Sie das Fass

Die Welt der DNA-Architektur ist in den letzten Jahren explodiert, Wissenschaftler haben zweidimensionale Smileys und komplexe Karten sowie dreidimensionale Achtecke gebaut. Die Chemikalien, aus denen lange, gewundene DNA-Moleküle bestehen, binden sich nach vorhersehbaren Regeln, sodass es möglich ist, DNA-Sequenzen zu entwerfen, die sich in verschiedene Formen formen.

Während die Entwicklung und Konstruktion der DNA-Architektur früher Jahre in Anspruch nahm, bietet eine Anfang dieses Jahres entwickelte Methode eine relativ einfache Möglichkeit, DNA in bestimmte Formen zu programmieren (siehe Do-It-Yourself Nanotech ). Ein einzelner langer DNA-Strang ist mit kürzeren Schnipseln speziell entworfener DNA-Sequenzen gespickt, die als chemisches Äquivalent zu Klammern fungieren. Jedes Snippet bindet nur an eine bestimmte Stelle des DNA-Moleküls. Die strategische Platzierung dieser Klammern entlang des DNA-Strangs ermöglicht es dem Molekül, sich selbst in verschiedene Formen zu organisieren.

Durch die Anpassung dieser Methode an den Bau dreidimensionaler Strukturen können die Studierenden und ihre Betreuer William Shih , ein Harvard-Wissenschaftler, der führend in der DNA-Architektur war, entwarf eine DNA-Sequenz, die sich in einen winzigen, hohlen Behälter falten würde. Die endgültige Struktur, die wie ein offenes Fass geformt ist, besteht aus einem einzelnen DNA-Molekül, das im Zickzack vor und zurück zu einem gefalteten Blatt führt. Das Blech ist so programmiert, dass es sich um sich selbst krümmt, wodurch ein doppelwandiger Zylinder entsteht. (Klicken Hier um Bilder vom Fass zu sehen.)

Es war wirklich ein bahnbrechendes Ergebnis, sagt Shih. Frühere DNA-Behälter wie Achtecke hatten große Löcher in ihren Wänden, aber Forscher glauben, dass die Wände dieser Struktur ziemlich fest sind, was es theoretisch ermöglicht, dass der Lauf Schätze in Nanogröße sicher umschließt.


Darüber hinaus haben einige DNA-basierte Strukturen eine inhärente Schlappheit, die dreidimensionale Formen zusammenbrechen lässt. Aber die Baumethode, mit der das Fass hergestellt wurde – das Aneinanderreihen einer Reihe von DNA-Helices zu einer gefalteten Blattstruktur – scheint neue Stärke zu verleihen. Ich vermute, dass sich Shihs Stil, 3D-Strukturen zu erstellen, als besonders starr erweisen wird, sagt Paul Rothemund , einem Wissenschaftler am California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, der die Methode entwickelt hat, auf der das Projekt basiert.

Rothemund fügt hinzu, dass einer der kompliziertesten Aspekte der DNA-Architektur darin besteht, zu bestätigen, dass die fertige Struktur die Form des ursprünglichen Designs annimmt. Die Harvard-Studenten haben ihr DNA-Fass mit einem Elektronenmikroskop fotografiert, das zeigt, dass es die richtige Größe und Form hat. Sie führten auch Vorversuche durch, um festzustellen, ob das Fass seine Ladung wirklich vor der äußeren Umgebung schützen kann. Tatsächlich fanden sie heraus, dass eine Chemikalie, die sich im Fass befindet, effektiv vor einer anderen Chemikalie geschützt ist, die normalerweise daran bindet.

Wenn die Schüler ihre Kreation zum Laufen bringen, werden sie eines der anhaltenden Probleme mit DNA-basierten Designs überwinden: eine praktische Anwendung für die winzigen Strukturen zu finden. Wenn … sie Behälter für die Abgabe von Medikamenten herstellen können, wird dies zeigen, dass die Verwendung von DNA als technologisches Material wirklich ein nützliches Unterfangen ist! sagt Rothemund.

Letztendlich hoffen die Studenten, einen Behälter zu schaffen, der jede Art von Medikament enthalten und molekular auf bestimmte Zelltypen ausgerichtet werden kann. Neuere Therapien, beispielsweise auf Gen- oder Proteinbasis, sind oft schwer zu verabreichen und müssen auf bestimmte Gewebe gerichtet werden. Einige müssen per Injektion verabreicht oder in einigen experimentellen Fällen direkt in das Gehirn infundiert werden. Die Studierenden arbeiten bereits daran, die Fässer mit verschiedenen Molekülen zu dekorieren, die nur an bestimmte Zellen oder Proteine ​​binden.

Während sich die Arbeit noch in der Anfangsphase befindet, träumt Shih groß davon, was in der Zukunft passieren könnte. Auf lange Sicht ist das interessant, weil wir so viel Kontrolle über die Formen dieser Objekte haben, sagt er. Menschen haben DNA-Moleküle erzeugt, die als Computer fungieren, so dass Sie ein Gerät zur Medikamentenabgabe haben könnten, das einen Bordcomputer hat, der primitive Berechnungen durchführt und Entscheidungen darüber trifft, wann und wo das Medikament freigesetzt wird. Natürlich, sagt Shih, gebe es noch einiges zu tun.

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