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LIFE SCIENCES
Die Möglichkeiten des DNA-Origami
DNA als Bastelware
Was unter dem Namen DNA-Origami als akademische Spielerei begann, hat mittlerweile
zahlreiche Anwendungsoptionen für die molekulare Nanotechnologie eröffnet. Fertige
Bausteine sind heute kommerziell erhältlich.
© Sergey Nivens – Fotolia
Aus DNA-Bausteinen werden beim DNA-Origami Strukturen auf Nanoebene zusammengesetzt.
Es gibt Fälle, da ist Biochemie nicht nur
nützlich, sondern auch schön. Der amerikanische
Wissenschaftler Paul Rothemund hat
vor rund zehn Jahren damit begonnen, einzelsträngige
DNA mithilfe von gezielt synthetisierten
Oligonucleotiden, die an diese binden,
zu bestimmten Formen zu falten. Für die Methoden,
mit denen spielerisch Muster wie
Dreiecke, Smileys etc. erzeugt werden konnten,
etablierte sich – in Anlehnung an die japanische
Kunst des Papierfaltens – bald der
ebenso spielerische Name „DNA-Origami“.
Doch was zunächst dem akademischen Spieltrieb
entsprang, wurde mittlerweile in Richtung
neuartige Anwendungsoptionen weiterentwickelt.
Man kann die Technik des
DNA-Origami als Bespiel für die sogenannte
„Molekulare Nanotechnologie“ ansehen, bei
der Strukturen auf Nanometerskala gezielt
Baustein für Baustein zusammengesetzt werden
(im Gegensatz zum ansonsten verfolgten
breiteren Ansatz, Strukturen dieser Größenordnung
durch makroskopische Prozesse
entstehen zu lassen). So hat man molekulare
Maschinen gebaut, die sich abhängig von der
Ionenkonzentration der Umgebung wie ein
Scharnier öffnen und schließen. Wichtiger
noch sind Strukturen, die in der Biowissenschaft
selbst eingesetzt werden können: So
sind beispielsweise DNA-Nanostäbchen hergestellt
worden, die in flüssig-kristalliner
Form zur Strukturbestimmung von Membranproteinen
mittels NMR-Spektroskopie
beitragen. Noch weiter in die Zukunft blickt
die mögliche pharmakologische Anwendung:
Man könnte einen Wirkstoff in eine DNA-
Kapsel verpacken und diese, wie einen Virus,
mit Rezeptoren funktionalisieren, damit gezielt
bestimmte Zelltypen angepeilt werden
können.
Wolle und Strickmuster
Zahl und Größe der auf diese Weise zusammengesetzten
Strukturen nahmen kontinuierlich
zu. Man hat mehrdimensionale Objekte
gebaut, die aus mehreren Tausend Basenpaaren
bestehen und robuste Assemblierungsprotokolle
ausgearbeitet, die ermöglicht haben,
DNA-Origami über den ästhetischen Selbstzweck
hinaus zu entwickeln. Dabei werden
optimierte Reaktionsbedingungen ausgearbeitet,
um „Nanodevices“ in hoher Ausbeute und
Qualität zu erhalten. Im Anschluss an die
Synthese werden die Strukturen gereinigt,
charakterisiert, gegebenenfalls chemisch modifiziert
und können wiederum zur Multimerisierung
zu Objekten höherer Ordnung herangezogen
werden.
Das von Hendrik Dietz, Professor an der TU
München, gegründete Unternehmen Tilibit
bietet vorgefertigte Bausteine (Scaffold-DNA,
Oligonucleotide, auch ganze Kits) an. Auch
unterstützt Tilibit beim Erstellen eigener
Strukturen oder entwickelt selbst Nanoaggregate
auf Kundenwunsch. Dazu Matthias Pfeiffer
vom Vertriebspartner Eurofins Genomics:
„Wenn DNA-Origami heißt, mit DNA zu
stricken, dann erhalten Sie die Wolle hierzu
über Eurofins Genomics Austria, von Tilibit
bekommen Sie fertige Wollpullover oder
Strickanleitungen.“ (gs)
z
46 | chemiereport.at AustrianLifeSciences 1/2016