Proteinfoldede DNA-nanostrukturer tilbyder et nyt byggemateriale til bioteknologi

Ved at bruge proteiner, der naturligt binder og arrangerer DNA inde i celler, et KAUST-ledet team har udtænkt en plug-and-play-strategi til at bygge stabile, specialdesignede nanostrukturer.

Den alsidige, men ligefremme metode til at designe hybride DNA-proteinsamlinger, giver nu ingeniører en nanoskala platform til at løse problemer i videnskaben. "DNA-protein nanoteknologien har potentielle anvendelser på mange områder, herunder medicin, bioteknologi og analytisk kemi, " siger KAUSTs professor Satoshi Habuchi, der ledede undersøgelsen.

Ideen om at bruge DNA som en slags molekylær origami går tilbage til 1980'erne, men det var kun for to år siden, at det lykkedes for forskere at inkorporere proteiner i nanostrukturer. Som sådan en ny teknologi, Habuchi indså mulighederne for forbedringer, som han identificerede, "Forlangte fundet af nye byggesten til konstruktion af DNA-protein selvsamlede nanostrukturer.

Den byggeklods, som Habuchi og hans team valgte at inkorporere i deres strukturer, kaldes en histon, en type protein, der normalt fungerer som en spole til at vinde og komprimere DNA inde i cellen. Under de rette kunstige forhold, histoner og enkeltstrenget DNA vil også spontant selv samles til individuelle nanopartikler og tværbundne komplekser.

Brug af elektronmikroskoper på universitetets billedbehandlings- og karakteriseringskernelaboratorium og andet banebrydende udstyr i Habuchis laboratorium, forskerne karakteriserede strukturen af ​​disse histon-DNA nanostrukturer. De var i stand til at detaljere, hvordan de dannes med præcis geometri, hvis de fik den rigtige kombination af temperatur, inkubationstid og kemisk miljø.

Den eneste variabel, der syntes at ændre form, var længden af ​​DNA'et.

Histondekorationerne i DNA-origami-platformen forenkler derfor i høj grad designprincipperne for nanoteknologien, siger Maged Serag, en forsker i Habuchis laboratorium. Hvad mere er, tilføjer han, "Det faktum, at vi integrerede et protein i den overordnede struktur, hjælper med at øge anvendeligheden af ​​vores tilgang i forskellige aspekter af det bioteknologiske område."

Habuchi, Serag og deres kolleger har arbejdet på at fremme teknologien.

"Vi forsøger at integrere histonproteiner på specifikke steder i DNA-origami strukturer, et første skridt mod at konstruere komplicerede nanostrukturer, " forklarer Serag.

Hybridsamlingerne kunne også hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå histonproteinernes grundlæggende rolle i reguleringen af ​​genekspression og DNA-replikation. Studiet, Habuchi siger, kunne kaste lys over disse grundlæggende biologiske funktioner.