Ny biologisk afledt metal-organisk ramme efterligner DNA

Materialevidenskabens felt er fyldt med "metal-organiske rammer" (MOF'er), alsidige forbindelser, der består af metalioner forbundet med organiske ligander, således danner en-, to-, eller tredimensionelle strukturer. Der er nu en stadigt voksende liste af ansøgninger til MOF, herunder adskillelse af petrokemikalier, afgiftning af vand fra tungmetaller og fluoranioner, og få brint eller endda guld ud af det.

Men for nylig, videnskabsmænd er begyndt at lave MOF'er, lavet af byggesten, der typisk udgør biomolekyler, f.eks. aminosyrer til proteiner eller nukleinsyrer til DNA. Bortset fra den traditionelle MOF-brug i kemisk katalyse, disse biologisk afledte MOF'er kan også bruges som modeller for komplekse biomolekyler, som er svære at isolere og studere med andre midler.

Nu, et team af kemiingeniører ved EPFL Valais Wallis har syntetiseret en ny biologisk afledt MOF, der kan bruges som en "nanoreaktor" - et sted, hvor lille, ellers utilgængelige reaktioner kan finde sted. Anført af Kyriakos Stylianou, forskere fra Berend Smit og Lyndon Emsleys laboratorier konstruerede og analyserede den nye MOF med adeninmolekyler - en af ​​de fire nukleobaser, der udgør DNA og RNA.

Grunden til dette var at efterligne funktionerne af DNA, hvoraf den ene inkluderer hydrogenbindingsinteraktioner mellem adenin og en anden nukleobase, thymin. Dette er et kritisk trin i dannelsen af ​​DNA-dobbelthelixen, men det bidrager også til den samlede foldning af både DNA og RNA inde i cellen.

Studerer deres nye MOF, forskerne fandt ud af, at thyminmolekyler diffunderer i porerne. Simulering af denne diffusion, de opdagede, at thyminmolekyler var hydrogenbundet med adeninmolekyler på MOF's hulrum, hvilket betyder, at det lykkedes at efterligne, hvad der sker på DNA.

"Adeninmolekylerne fungerer som strukturstyrende midler og 'låser' thyminmolekyler i specifikke positioner i hulrummene i vores MOF, " siger Kyriakos Stylianou. Så forskerne udnyttede denne låsning og belyste den thyminfyldte MOF - en måde at katalysere en kemisk reaktion på.

Som resultat, thyminmolekylerne kunne dimeriseres til et di-thyminprodukt, som forskerne var i stand til at isolere - en kæmpe fordel, givet, at di-thymin er relateret til hudkræft og nu let kan isoleres og studeres.

"Samlet set, vores undersøgelse fremhæver nytten af ​​biologisk afledte MOF'er som nanoreaktorer til at fange biologiske molekyler gennem specifikke interaktioner, og for at omdanne dem til andre molekyler, " siger Stylianou.