DNA-Origami

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Als DNA-Origami bezeichnet man in der Biochemie und Biophysik das Falten von DNA, um beliebige zwei- und dreidimensionale Formen auf der Nanoskala zu erzeugen.

Prinzip[Bearbeiten]

In dem von Paul Rothemund am California Institute of Technology entwickelten Prozess des scaffolded DNA origami wird ein langer Einzelstrang Viren-DNA, der scaffold strand, mit Hilfe vieler kürzerer DNA-Einzelstränge, den staple strands, gefaltet, um die gewünschte Form anzunähern.[1] Grundlage der Methode ist, dass zueinander passende Basensequenzen dank der spezifischen Bindung zwischen komplementären Basen hybridisieren, was für eine Selbstassemblierung verwendet werden kann. Ein staple strand etwa, dessen zwei Hälften komplementär zu zwei Abschnitten der Viren-DNA sind, verbindet sich mit jeder Hälfte mit dem jeweiligen Abschnitt. Hierzu muss sich das lange DNA-Molekül falten, da beide Abschnitte nun durch den staple strand „zusammengeheftet“ werden.

Die Basensequenz der Viren-DNA (des scaffold strand) ist bekannt. Es werden Oligonukleotide (die staple strands) entworfen und synthetisiert, die den scaffold strand möglichst geschickt in der gewünschten Form halten. Üblicherweise wird die Viren-DNA zeilenweise in ein Raster gefaltet, das die Form annähert. Werden scaffold strands mit staple strands unter geeigneten Bedingungen gemischt und erhitzt, bilden sich die beabsichtigten Figuren ohne lenkende Einwirkung von außen. Aus diesem Grund wird diese Methode als selbstorganisierend (self-assembling) bezeichnet. Verschiedenste zweidimensionale Formen, darunter Landkarten, Sterne und Smileys, sowie dreidimensionale Strukturen, etwa Tetraeder, wurden bereits erzeugt.

Die Vorteile dieser Methode sind die relative Einfachheit, hohe Ausbeute und geringen Kosten. Viele mögliche Anwendungen wurden in der Literatur vorgeschlagen, darunter Hülsen für den Wirkstofftransport und Positionierung von Nanopartikeln.[2] DNA-Origami wird unter anderem zur Herstellung von DNA-Maschinen verwendet.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Paul W. K. Rothemund: Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. In: Nature 440 (7082): 297–302. doi:10.1038/nature04586. ISSN 0028-0836. PMID 16541064. (2006)
  2. Katharine Sanderson: What to make with DNA origami. In: Nature 464 158-159. doi:10.1038/464158a. ISSN 0028-0836. (2010)