DNA-stenen lijken op Lego maar bouwen zichzelf

Van Lego kun je alles maken – van DNA ook. Nadeel is dat de DNA-bouwwerken met het blote oog niet te zien zijn. Voordeel is dat de DNA-stenen zichzelf tot structuren samenvoegen en beduidend minder ruimte innemen dan Lego.

Harvard-onderzoekers maakten bouwstenen van stukjes DNA die inderdaad wel wat weg hebben van kleine Legosteentjes (Science, 30 november). De Harvard-mensen namen DNA-moleculen van 32 basen lengte. Het is enkelstrengs DNA – de basen zijn ongepaard. De basevolgorde is zo gekozen dat een reeks van acht basen steeds kan paren met een reeks van acht basen in een andere bouwsteen. Bij zo’n paring ontstaat dus een stukje dubbelstrengs-DNA met 8 baseparen, waardoor de bouwstenen aan elkaar vast komen te zitten (tekening hieronder links). Iedere bouwsteen van 32 basen bestaat uit vier reeksen van 8 basen die ieder met een 8-basenreeks uit een andere bouwsteen kunnen paren. De stukjes van 32 basen hebben dus steeds vier contactpunten. Ieder DNA-molecuul is zo gemaakt dat het een U-vorm heeft. Zo’n bouwsteen kun je je voorstellen als een Legoblokje met twee nopjes en twee gaten (helemaal linksonder).

Geen wonder dat de Science-redactie een onderzoeker uit Denemarken – het Legothuisland – om een begeleidend commentaar vroeg. Kurt Gothelf van het centrum voor DNA-nanotechnologie van de universiteit van Århus heeft er geen moeite mee de voordelen van de DNA-bouwstenen te roemen: in tegenstelling tot legosteentjes vormen de DNA-bouwstenen zelf een bouwwerkje als ze met elkaar in contact komen. Het is alsof in de doos met losse Legostenen iedere keer opnieuw een bouwwerk ontstaat.

De onderzoekers kunnen verschillende vormen laten ontstaan door de bouwstenen in andere verhoudingen te mengen. De ontstane structuren, met gaten en gleuven in een kubus van steeds ongeveer 10 bij 10 bij 10 steentjes kunnen ze sturen. Ze maakten ruim 100 vormen: 80 ervan staan in de tekening (midden onder) en staan in dezelfde rangschikking op de elektronenmicroscopiefotootjes (links).

Om de aanbouwmogelijkheden van nieuwe steentjes te hinderen zijn éénnops-Legosteentjes handig. De onderzoekers gebruikten daarvoor DNA van 16 basen lengte, met maar twee contactmogelijkheden.

Eerder dit jaar, aan het eind van het voorjaar, liet dezelfde Harvard-onderzoeksgroep de tweedimensionale variant zien: DNA-tegels in plaats van DNA-stenen. Ze legden alle letters van het alfabet met de tegels (Nature, 31 mei). Ruim een maand na het uitkomen van die Nature-publicatie stuurde onderzoeksleider Peng Yin het DNA-bouwstenenmanuscript naar Science.

Of DNA-bouwstenen meer zijn dan wetenschappelijk speelgoed moet nog blijken. Commentator Gothelf en de onderzoekers denken dat de bouwwerken eiwitten en andere moleculen kunnen insluiten en transporteren. En dat ze zelf weer bouwsteen kunnen zijn en als onderdeel van, of fundament voor, nanomachines kunnen functioneren.

Wim Köhler

    • Wim Köhler