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ForschungsForum Paderborn
Quelle: Keller
Abb. 2: a) Schematische Darstellung der Assemblierung einer dreieckigen DNA-Origami-Struktur durch Hybridisierung eines
zirkulären Gerüst-Einzelstrangs mit einer großen Zahl kurzer synthetischer Helferstränge, b) Rasterkraftmikroskopische Aufnahme
entsprechender DNA-Origami-Dreiecke.
Prozent erreichen lassen. Die reinen Synthesekosten
der DNA-Origamis liegen bei grob 1 Euro pro
Picomol (entspricht 600 Milliarden DNA-Origamis).
Allerdings muss für jedes neue DNA-Origami-Design
ein neuer Satz an Helfersträngen angeschafft
werden, was die Kosten für Designvariationen
und -änderungen massiv erhöht.
Neben den hohen Syntheseausbeuten zeichnet
sich die DNA-Origami-Methode durch ein hohes
Anwendungspotenzial aus. Da jeder der Helferstränge
eine einzigartige Sequenz aufweist, ist es
möglich, jeden der Helferstränge im assemblierten
DNA-Origami einzeln zu adressieren und zu
modifizieren. Ausgewählte Helferstränge können
beispielsweise verlängert werden, so dass sie aus
dem DNA-Origami herausragen, oder mit chemischen
Modifikationen synthetisiert werden,
welche die Ankopplung funktionaler Einheiten
ermöglichen. Auf diese Weise wird das DNA-Origami
zu einer Art „molekularer Steckplatine“, auf
der Funktionselemente mit einer lateralen Genauigkeit
von ca. 5 nm in komplexen Arrangements
angeordnet werden können. Diese Elemente
können sowohl organischer als auch anorganischer
Natur sein und mit einer Vielzahl verschiedener
Strategien an das DNA-Origami gekoppelt
werden.
Ein biochemisches Labor auf der Nanoskala
Eine der ersten Anwendungen von DNA-Origami-
Nanostrukturen war der Nachweis einzelner
Biomoleküle, die spezifische Bindungen mit
vordefinierten Rezeptorstellen auf der DNA-Origami-Oberfläche
ausbildeten und anschließend
mittels Rasterkraftmikroskopie nachgewiesen
werden konnten. Dieser Ansatz ermöglichte die
Visualisierung einer großen Anzahl biochemischer
Reaktion auf Einzelmolekülniveau, zum Teil in
Echtzeit und in Abhängigkeit des Abstandes der
auf dem DNA-Origami angeordneten Moleküle [3].
Weiterhin konnte kürzlich am Beispiel elektronen -
induzierter DNA-Strahlenschäden gezeigt werden,
dass auf diese Weise auch die quantitative Untersuchung
biochemischer Reaktionen möglich ist
[4].
Die experimentelle Strategie zur quantitativen
Untersuchung von DNA-Strahlenschäden ist in
Abbildung 3 a dargestellt: DNA-Origami-Nano -
strukturen werden durch die Verlängerung von
ausgewählten Helfersträngen mit DNA-Einzelsträngen
definierter Sequenz dekoriert, wobei
jeder der verlängerten Stränge an seinem Ende
eine chemische Modifikation (Biotin) trägt.
Aufgrund der asymmetrischen Anordnung der
verlängerten Stränge können mehrere verschiedene
Sequenzen auf demselben DNA-Origami angeordnet
und identifiziert werden. Diese DNA-Origami
werden dann mit niederenergetischen Elektronen
definierter Energie bestrahlt, was zum Bruch
chemischer Bindungen im DNA-Rückgrat und
somit zu Strangbrüchen in den verlängerten Strängen
führt. Solche niederenergetischen Sekundärelektronen
entstehen in großer Anzahl bei der
Wechselwirkung hochenergetischer Strahlung (z.
B. Röntgen- oder Gammastrahlung) mit biologischer
Materie und sind für einen großen Anteil der
zellulären Strahlenschäden verantwortlich.
Aufgrund der induzierten Strangbrüche tragen nur
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