Apparaatje ter grootte van een virus schakelt moleculen aaneen

Een minuscule machine die is gemaakt van strengen DNA kan losse stukken DNA aaneenrijgen tot een langer molecuul. Volgens de makers, chemici van de universiteit van New York, is de werking van het apparaatje te vergelijken met de manier waarop een ribosoom eiwitten assembleert door het aaneenschakelen van aminozuren.

Met een omvang van 110x30x2 nanometer is het machientje ongeveer even groot als een doorsnee virus. De onderzoekers menen dat het in de toekomst gebruikt zou kunnen worden om nieuwe synthetische vezels te maken (Science, 17 dec).

Het machientje laat zien dat wetenschappers in staat zijn om uit DNA-strengen steeds ingewikkelder structuren te bouwen, stevige constructies die bovendien op commando kunnen buigen of draaien. DNA-strengen zijn lange, spiraalvormige ladders (dubbele helices) die bestaan uit twee ketens van vier verschillende bouwstenen (nucleotiden), bijeengehouden door bindingen tussen deze nucleotiden (de `sporten' van de ladder). In de natuur neemt het DNA-molecuul ook andere vormen aan. In een levende cel kunnen de moleculen v-vormige splitsingen vormen (als de `sporten' van de ladder breken – dit gebeurt bij de replicatie van DNA) of kruispunten (wat voorkomt bij recombinatie). Wetenschappers zijn erin geslaagd dit soort DNA-structuren na te bouwen en hebben intussen ook tal van nieuwe kunstmatige DNA-moleculen gemaakt.

Basis voor de nanomachine van Shiping Liao en Nadrian Seeman van de Universiteit van New York zijn twee dubbele helices die naast elkaar liggen. In het midden zijn deze moleculen (zogeheten PX-JX-devices) opengebroken. Door kleine stukjes enkelstrengs DNA in het midden aan de moleculen te laten binden maken de uiteinden van de PX-JX-devices nog eens een extra draai.

De onderzoekers voorzagen twee van deze draaibare uit DNA opgebouwde moleculen op regelmatige afstanden van een soort plakkertjes: zogeheten sticky ends waaraan andere stukjes enkelstrengs DNA op hun beurt makkelijk binden. Zo lukte het om deze andere stukjes DNA aan elkaar te smeden. Hoewel de onderzoekers dus DNA aaneen hebben geknoopt, stellen zij dat hun methode kan worden aangepast voor de vorming van tal van andere polymeren, zoals eiwitten.

Een ribosoom schakelt in levende cellen aminozuren aaneen tot eiwitten die een biologische functie vervullen. Dat gebeurt op basis van een RNA-code die op zijn beurt wordt afgelezen uit het DNA.

Anders dan een ribosoom is het Amerikaanse nanomachientje niet in staat echte erfelijke code af te lezen, maar alleen een kunstmatige code die de onderzoekers hebben samengesteld. Ook kan het apparaatje, anders dan een ribosoom, nog geen moleculen vormen die langer zijn dan de uit twee PX-JX-devices opgebouwde assemblagelijn.