DNA MET GOUDDEELTJE WERKT ALS SCHAKELAAR MET AFSTANDSBEDIENING

Een DNA-molecuul dat aan zijn complementaire keten bindt en er weer van loslaat is in principe een moleculaire schakelaar waarmee eiwitsynthese en enzymatische reacties aan en uit kunnen worden gezet. Een DNA-schakelaar kan ook een functie krijgen in DNA-computers. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology en het bedrijf Engeneos hebben zo'n DNA-schakelaar gemaakt die ze van afstand bedienen (Nature, 10 jan). Ze gebruikten een DNA-molecuul van 38 basen lang waarvan de zeven basen aan beiden uiteinden complementaire ketens vormen die dus aan elkaar kunnen binden tot een stukje dubbelstrengs-DNA. Aan het DNA zetten ze een goudkorreltje vast. Door dat vanaf afstand met een hoogfrequent elektromagnetisch veld op te warmen wordt ook het DNA-molecuul verwarmd. Boven een bepaalde overgangstemperatuur laten de complementair gebonden DNA-ketens elkaar los, ze dehybridiseren. Zakt de temperatuur dan hybridiseren de ketens weer.

De lokale DNA-verwarming met het goud en het magneetveld werkt in principe hetzelfde als het koken met inductiewarmte. Het hoogfrequente magneetveld (in dit geval 1 Gigaherz) veroorzaakt wervelstromen in het goudkorreltje. Die wervelstromen doven uit waarbij warmte ontstaat. Het voordeel van deze methode is dat de schakelaar in troebel water (celvocht) ook lukt. Het gebruikte veld dringt alleen niet diep in levend weefsel door, zodat het moeilijk is om van buiten het lichaam een enzymatische reactie in bijvoorbeeld de lever op gang te brengen. Maar in de reageerbuis lukte het de onderzoekers om tweemaal per minuut de hybridisatie-rehybridisatiecyclus te doorlopen.

De gouddeeltjes zijn 1,4 nanometer (miljoenste van een millimeter) groot en nemen net genoeg energie op om alleen het gebonden DNA-molecuul te laten dehybridiseren. Nabuurmoleculen zonder goud dehybridiseren niet, lieten de Amerikaanse onderzoekers in een volgend experiment zien.

Het onderzoek is uitgevoerd door mensen van het Medialab van het MIT en van het bedrijfje Engeneos. Dat is in 2000 opgericht om genomic operating systems te maken. Dat zijn `nieuwe soorten programmeerbare biomoleculaire machines', zeg maar computers, die zijn gebouwd van bestaande onderdelen, maar met een nieuwe vorm en functie.

Het ligt natuurlijk voor de hand om bij toepassingen aan genregulatie te denken. DNA-moleculen (anti-sense-oligo`s) die aan stukken DNA transcriptiefactoren binden kunnen het `aflezen' van een gen beïnvloeden. Met de afstandsbediening kan in zo'n ontworpen systeem een bepaald gen wordt afgelezen en er een gewenst eiwit wordt geproduceerd. DNA vormt niet alleen complementaire ketens maar bindt ook zeer selectief aan sommige eiwitten. DNA-schakelaars zijn daardoor ook geschikt om enzymen `aan' en `uit' te zetten en dus om biochemische reacties die door de enzymen worden gekatalyseerd stil te zetten of te laten verlopen. De onderzoekers schrijven in Nature dat ze zo'n enzymexperiment inmiddels hebben uitgevoerd en dat de publicatie in voorbereiding is.