Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano-Straßenbahn

27.09.2004


Autonome Nanomaschine: DNA-Fragment wandert entlang selbstorganisierter DNA-Bahn


Eine der interessantesten Herausforderungen im Bereich der Nanotechnologie ist der präzise Transport von Nanoobjekten von einer Stelle einer Nanostruktur über eine definierte Route zu einer anderen. Einen Anfang, diese Herausforderung zu meistern, haben Forscher nun gemacht: Drei "Haltestellen" hat ihre nanoskopische "Straßenbahn", die aus der Erbsubstanz DNA konstruiert wurde.

DNA hat sich als Nano-Baumaterial bereits vielfach bewährt: Aufgrund der spezifischen Basen-Paarung zueinander komplementärer DNA-Bereiche ist dieser Baustoff in der Lage, sich per Selbstorganisation zu definierten Strukturen anzuordnen, die gezielt über die Reihenfolge der Nucleotid-Bausteine vorbestimmt werden können. Auch das Team um Hao Yan und John H. Reif aus Durham (USA) sowie Andrew J. Turberfield aus Oxford (Großbritannien) griff auf DNA zurück: Das "Schienensystem" für ihre Nano-Straßenbahn wird von einem doppelsträngigen DNA-Rückgrat gebildet. Über kurze einzelsträngige "Scharniere" knüpften die Wissenschaftler drei doppelsträngige DNA-Stücke, die sich wie starre Stäbe verhalten, als "Haltestellen" an das Rückgrat. Die Straßenbahn ist zunächst an der ersten Haltestelle befestigt: Das winzige Fahrzeug besteht aus zweimal drei Nucleotiden, die jeweils an den Enden der beiden Stränge der Haltestellen-DNA hängen. Das Entscheidende: Die sechs Straßenbahn-Nucleotide liegen einander nicht genau gegenüber, sondern sind so versetzt, dass an einem der Stränge drei Nucleotide überstehen. Diese wirken wie eine Art Klebepunkt auf ihre Gegenstücke. Und die zweite Haltestelle ist denn auch so konstruiert, dass hier ebenfalls drei Nucleotide überstehen, die genau dazu passen. Klappen jetzt beide Haltestellen an ihren Scharnieren so um, dass sie zueinander zeigen, haften die überstehenden Enden aneinander. Das Enzym Ligase verknüpft sie zu einem durchgehenden Doppelstrang. Nun kommt ein weiteres Enzym, eine Nuclease, ins Spiel, das DNA-Doppelstränge wie eine Schere zerschneidet. Diese molekulare "Schere" ist aber wählerisch und schneidet nur, wenn sie eine ganz bestimmte Nucleotid-Reihenfolge vorfindet. Sie zerschnippelt das Ensemble aus 1. Haltestelle, Straßenbahn und 2. Haltestelle in einer Weise, dass die 1. Haltestelle abgekoppelt wird und die Straßenbahn nur noch an der 2. Haltestelle hängt. Nach dem selben Prinzip wird dann die Straßenbahn-DNA an die 3. Haltestelle weitergereicht. Das ganze System arbeitet völlig autonom, wenn ATP (Adenosintriphosphat) als "Treibstoff" zugegeben wird.


Falls es gelingt, die passenden Nucleasen zu finden, wären auch ausgedehntere "Schienennetze" mit vielen "Haltenstellen" und längeren "Straßenbahnen" denkbar, an die z.B. Nanoobjekte angeknüpft werden - Voraussetzung für die Konstruktion "intelligenter" Nanoroboter.

Kontakt:
Prof. Dr. Hao Yan
Department of Chemistry and Biochemistry & Biodesign Institute
Arizona State University
Tempe
AZ 85287-1604
USA
Tel.: (+1) 480-727-8570
Fax: (+1) 480-965-2747
E-mail: hao.yan@asu.edu

Prof. Dr. A. J. Turberfield
University of Oxford
Department of Physics, Clarendon Laboratory
Parks Road
Oxford OX1 3PU
UK
Tel.: (+44) 1865-272-359
Fax: (+44) 1865-272-400
E-mail: a.Turberfield@physics.ox.ac.uk

Prof. Dr. J. H. Reif
Department of Computer Science
Duke University
Durham
NC 27708
USA
Tel.: (+1) 919-660-6568
Fax: (+1) 919-660-6519
E-mail: reif@cs.duke.edu

Angewandte Chemie Presseinformation Nr. 37/2004
Angew. Chem. 2004, 116 (37), 5014 - 5019
ANGEWANDTE CHEMIE
Postfach 101161
D-69451 Weinheim
Tel.: 06201/606 321
Fax: 06201/606 331
E-Mail: angewandte@wiley-vch.de

Dr. Renate Hoer | idw
Weitere Informationen:
http://www.angewandte.de
http://www.gdch.de

Weitere Berichte zu: Haltestelle Nano-Straßenbahn Nucleotide Straßenbahn

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie