Een teddybeertje kun je bouwen met DNA-origami

Biofysica

Stukjes DNA zijn als legosteentjes in de handen van biofysici. Hun bouwsels worden steeds groter en ingewikkelder.

Het minuscule teddybeertje dat de onderzoekers van Wyss Institute bouwden bestaat uit 10.000 DNA-bouwsteentjes. Foto Wyss Institute

Een teddybeer, een donut of de Mona Lisa van een tienduizendste millimeter groot. Drie verschillende onderzoeksgroepen hebben van DNA structuren gebouwd die twintig keer groter zijn dan wat tot nu toe mogelijk was. Met een techniek genaamd DNA-origami knutselden de onderzoekers allerlei figuurtjes. De drie artikelen hierover verschenen woensdag in Nature.

DNA is een goed bouwmateriaal om microscopisch kleine structuren mee te maken. De nucleotiden A, T, C en G, waar DNA uit bestaat, passen namelijk van nature precies op elkaar. A’s plakken aan T’s en C’s aan G’s. Door deze ATCG-code van DNA aan te passen, kunnen onderzoekers sturen hoe een DNA-streng zichzelf opvouwt tot twee- of driedimensionale vormen. De DNA-origami kan in de toekomst gebruikt worden om minuscule elektronica of nanomachientjes te maken.

De onderzoeken in Nature hebben nog weinig te maken met die praktische toepassingen.

Ingekleurde atomic force microscoop-opnames van ‘schilderijtjes’ gemaakt met DNA: een bacterie, Mona Lisa, een smiley, en een haan. Grigory Tikhomirov, Philip Petersen, Lulu Qian / Caltech

Een groep uit Massachusetts vouwde DNA op tot pixels waarmee ze een 0,5 bij 0,5 micrometer grote replica van de Mona Lisa maakten. Onderzoekers van de Technical University van München bouwden van V-vormige DNA-blokjes driedimensionale figuren zoals een twaalfvlak met een doorsnee van 0,5 micrometer. De derde groep wetenschappers, van het Wyss Institute in Boston maakten van lego-achtige blokjes een teddybeer van dezelfde grootte.

Paul Rothemund van het California Institute of Technology maakte in 2006 voor het eerst smileys door een lange DNA-streng op te vouwen. Elke vouw hield hij op zijn plaats met kleine DNA ‘nietjes’. Door de volgorde van de nucleotiden te kiezen, kon hij een lange streng op bepaalde plekken aan elkaar vast ‘nieten’.

De onderzoekers uit Boston gaan een stap verder. Ze maken driedimensionale kubussen van lego-achtige blokjes van gevouwen DNA-strengen. Elk blokje bestaat uit twee stukjes DNA streng die aan elkaar vast zitten. Samen vormen ze twee pinnetjes, en twee gaten waar de pinnetjes van een volgend blokje precies inpassen. Elk blokje uit een andere, unieke streng DNA die maar op één plek in de kubus past. Door bepaalde blokjes weg te laten, ontstaan er gaten in de kubus. Zo vormen de onderzoekers driedimensionale structuren, zoals een zandloper of een teddybeer.

Behalve minuscule Mona Lisa’s of teddyberen kijken de onderzoekers ook naar praktische toepassingen voor de DNA-origami. Ze experimenteren met manieren om een doosje te vouwen van DNA om een medicijn in te vervoeren. Dat doosje moet dan op de juiste plek in het lichaam open gaan om daar, gericht de medicatie zijn werk te laten doen.