Ablösbarer Nanokitt

Nanoskopische Goldkugeln lassen sich reversibel über DNA-Stränge verbinden

Nanobauteile, molekulare Maschinen und mikroskopisch kleine Roboter sind keine utopischen Zukunftsträumereien, sondern durchaus reale Forschungsgebiete der modernen Naturwissenschaften, die bereits in Ansätzen existieren. Wie aber baut man einzelne Bausteine zu einer größeren Funktionseinheit zusammen? Und wie bringt man beispielsweise Roboterarme dazu, ein Nanoobjekt gezielt zu „greifen“ – und im richtigen Moment auch wieder loszulassen? Die so genannte Nanobiotechnologie präsentiert interessante Lösungsansätze. So haben Forscher von der Universität Dortmund nun eine elegante Methode entwickelt, um Nanopartikel reversibel zu verknüpfen: Mithilfe kurzer DNA-Stränge bringen sie Goldkügelchen dazu, quasi „auf Befehl“ zu aggregieren und sich „auf Befehl“ auch wieder voneinander zu trennen.

Das „Erbmolekül“ DNA hat sich als Nano-Baumaterial bereits bewährt: Aufgrund der spezifischen Basen-Paarung zueinander komplementärer DNA-Bereiche ist dieser Baustoff in der Lage, sich zu definierten Strukturen anzuordnen. Diese Eigenschaft von DNA-Einzelsträngen nutzt das Team um Christof M. Niemeyer nun auch zur Verknüpfung nanoskopischer Goldpartikel. Und so funktioniert das Prinzip: An Goldkügelchen werden DNA-Einzelstränge mit zwei verschiedenen Sequenzen A und B befestigt. Als „Kitt“ werden nun freie DNA-Einzelstränge zugegeben, die aus drei Bereichen bestehen: Bereich A’ ist genau komplementär zu DNA A und heftet sich sogleich an die A-Stänge der Goldkugeln. An A’ schließt sich Bereich B’ an, der das Gegenstück zu DNA B darstellt und entsprechend an diesen Strangtyp bindet. Auf diese Weise werden die Goldkugeln untereinander zu kleinen Klümpchen verknüpft. Der dritte Bereich der Kitt-DNA, C’ genannt, passt weder zu DNA A noch zu DNA B und steht über. Dieses Ende kommt als eine Art „Abreißlasche“ ins Spiel, wenn die Goldkugeln wieder voneinander getrennt werden sollen. Und das geht so: Als „Kittablöser“ wird ein DNA-Einzelstrang zugegeben, der ein exaktes Gegenstück zur Kitt-DNA A’B’C’ ist, also aus den Bereichen A, B und C aufgebaut ist. Sobald dessen C-Ende das freie C’-Ende (die „Lasche“) der Kitt-DNA „entdeckt“, bindet es daran. Ausgehend von dieser Stelle löst sich nun der ganze „Kittstreifen“ ab, um einen durchgehenden Doppelstrang mit der Kittablöser-DNA zu bilden. Die Goldkugeln sind nun wieder separiert und im Ausgangzustand. Durch erneute Zugabe einer Kitt-Einzelstrang-DNA kann die Aggregation erneut initiiert werden.

„Unser Konzept,“ sagt Niemeyer, „könnte die Basis zur Herstellung von Nano-Materialien mit programmierbaren Funktionen sein.“

Kontakt:

Prof. Dr. C. M. Niemeyer
Fachbereich Chemie
Biologisch-Chemische Mikrostrukturtechnik
Universität Dortmund
Otto-Hahn-Str. 6
D-44227 Dortmund
Germany

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