Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die kleinsten Hochzeitsringe der Welt

08.04.2011
Zwei ineinander greifende Ringe aus DNA sind nur im Rasterkraft-mikroskop sichtbar

Künstliche Strukturen aus DNA zu bauen, ist das Ziel der DNA-Nanotechnologie. Diese neue Disziplin an der Schnittstelle von Biologie, Physik, Chemie und Materialwissenschaften macht sich die Selbstorganisationsfähigkeit der natürlichen DNA-Stränge zunutze. So hat man mittlerweile wenige 10 Nanometer (10 Milliardstel Meter) große Smileys oder kleine Kisten aus DNA in einem Tropfen Wasser aufgebaut.

Prof. Alexander Heckel und seinem Doktoranden Thorsten Schmidt vom „Excellenzcluster Makromolekulare Komplexe“ an der Goethe-Universität ist es nun gelungen, zwei nur 18 Nanometer große Ringe aus DNA herzustellen und sie wie zwei Kettenglieder ineinander greifen zu lassen. Eine solche Struktur nennt man Catenan, abgeleitet vom lateinischen Wort catena (Kette). Für Schmidt, der während seiner Arbeit an den Nano-Ringen heiratete, sind es die wahrscheinlich kleinsten Hochzeitsringe der Welt.

Wissenschaftlich gesehen markiert die Struktur einen wichtigen Fortschritt in der DNA-Nanotechnologie, denn die beiden Ringe des Catenans sind im Gegensatz zu der Mehrzahl der bereits realisierten DNA Nanoarchitekturen keine starren Gebilde, sondern - abhängig von den Umgebungsbedingungen - frei drehbar. Dadurch eignen sie sich als Komponenten von molekularen Maschinen oder eines molekularen Motors. „Bis künstliche Strukturen aus DNA wie das Catenan in Alltagsgütern zur Anwendung kommen, ist es noch ein weiter Weg“, urteilt Prof. Alexander Heckel. „Aber Strukturen aus DNA könnten in naher Zukunft dazu dienen, Proteine oder andere Moleküle, die zu klein sind für eine direkte Manipulation, durch Selbstorganisation anzuordnen und zu studieren.“ Damit könnten DNA Nanoarchitekturen zu vielseitig einsetzbaren Werkzeugen für die schwer zugängliche Nanometerwelt werden.

Bei der Herstellung von DNA-Nanoarchitekturen machen sich die Wissenschaftler Paarungsregeln der vier DNA-Nukleobasen zunutze, nach denen auch zwei natürliche DNA-Stränge zusammenfinden (allerdings ist bei den DNA-Nanoarchitekturen die Basenabfolge ohne biologische Bedeutung). Ein A auf einem Strang paart mit T auf dem Gegenstrang und C ist komplementär zu G. Die Kunst besteht darin, die Sequenzen der beteiligten DNA Stränge so zu entwerfen, dass sich die gewünschte Struktur ohne direktes Eingreifen des Experimentators von selbst aufbaut. Sind nur bestimmte Abschnitte der verwendeten Stränge zueinander komplementär, kann man Verzweigungen und Kreuzungen bauen.

Wie Schmidt und Heckel in der Fachzeitschrift „Nano Letters“ (online Vorabveröffentlichung) berichten, stellten sie für die Catenane zunächst zwei C-förmige DNA Fragmente her. Mithilfe spezieller Moleküle, die wie sequenzspezifischer Kleber für die Doppelhelix wirken, ordneten sie die „Cs“ so an, dass sie zwei Kreuzungsstellen bildeten, wobei die offenen Enden der „Cs“ voneinander wegzeigen (s. Bild). Durch die Zugabe von zwei Strängen, welche mit den noch offenen Enden der beiden Ringfragmente schließen, entstand das fertige Catenan. Thorsten Schmidt hat die Veröffentlichung seiner Frau Dr. Diana Gonçalves Schmidt gewidmet, die diese Leistung auch wissenschaftlich zu schätzen weiß: Sie arbeitete ebenfalls in der Arbeitsgruppe von Alexander Heckel.

Da sie viel kleiner sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, kann man die Ringe mit einem herkömmlichen Mikroskop nicht sehen. „Man müsste etwa 4000 solcher Ringe aneinander reihen, um auch nur den Durchmesser eines menschlichen Haares zu erreichen“, erklärt Thorsten Schmidt. Daher bildete er die Catenane mit einem Rasterkraftmikroskop ab, welches die auf eine Oberfläche aufgebrachten Ringe mit einer extrem feinen Spitze abtastet.

Informationen:

Prof. Dr. Alexander Heckel, Exzellenzcluster Makromolekulare Komplexe, Campus Riedberg, Tel: (069) 798- 29821 (Sekretariat); heckel@em.uni-frankfurt.de;

Dr. Thorsten Schmidt ist inzwischen an der Universität Harvard, USA, Tel.: +1-857-334-9212 Thorsten.Schmidt@wyss.harvard.edu, Interviews sind möglich über Skype, Skype-Name t.l.schmidt

Dr. Anne Hardy | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-frankfurt.de/~heckel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie