Verdens mindste vielsesringe

Oprettelse af kunstige strukturer fra DNA er målet med DNA -nanoteknologi. Denne nye disciplin, som kombinerer biologi, fysik, kemi og materialevidenskab gør brug af evnen til de naturlige DNA-stammers evne til selvsamling. Smileys eller små kasser, måling kun 10s nanometer blev skabt af DNA i en dråbe vand. Professor Alexander Heckel og hans doktorand Thorsten Schmidt fra "Cluster of Excellence for Macromolecular Complexes" på Goethe University var i stand til at oprette to ringe af DNA, der kun var 18 nanometer store, og at låse dem sammen som to led i en kæde. En sådan struktur kaldes catenan, et begreb, der stammer fra det latinske ord catena (kæde). Schmidt, der blev gift i løbet af den tid, han arbejdede på nano-ringe, mener, at de nok er verdens mindste vielsesringe.

Set fra et videnskabeligt perspektiv, strukturen er en milepæl inden for DNA -nanoteknologi, da de to ringe i catenan er, i modsætning til størstedelen af ​​de DNA -nanoarchitechtures, der allerede er blevet realiseret, ikke faste formationer, men - afhængigt af miljøforholdene - frit drejeligt. De er derfor egnede som komponenter i molekylære maskiner eller i en molekylær motor. "Vi har stadig en lang vej at gå, før DNA -strukturer som f.eks. Catenan kan bruges til dagligvarer", siger prof. Alexander Heckel, "men strukturer af DNA kan, i den nærmeste fremtid, bruges til at arrangere og studere proteiner eller andre molekyler, der er for små til en direkte manipulation, ved hjælp af automatisk organisation. "På denne måde, DNA nano-arkitekturer kan blive et alsidigt værktøj til nanometerverdenen, hvortil adgang er vanskelig.

Ved fremstilling af DNA-nano-arkitektur, forskerne drager fordel af parringsreglerne for de fire DNA -nukleobaser, ifølge hvilken to naturlige DNA-tråde også kan finde hinanden (i DNA-nano-arkitektur, basisordren er uden biologisk betydning). Et A på den ene streng parres med T på den anden streng og C er komplementær til G. Tricket er at oprette sekvenserne af de DNA -strenge, der er involveret på en sådan måde, at det sikres, at den ønskede struktur opbygger sig selv uden direkte indgriben fra eksperimentatorens side. Hvis kun visse dele af de anvendte tråde supplerer hinanden, grene og kryds kan oprettes.

Som rapporteret af Schmidt og Heckel i tidsskriftet Nano bogstaver , de skabte først to C-formede DNA-fragmenter til catenanerne. Ved hjælp af specielle molekyler, der fungerer som sekvensspecifik lim til den dobbelte helix, de arrangerede "C'erne" på en sådan måde, at de skabte to kryds, med de åbne ender af "C'erne" pegende væk fra hinanden (se billeder). Catenan blev oprettet ved at tilføje to tråde, der fastgøres til enderne af de to ringfragmenter, som stadig er åbne. Thorsten Schmidt dedikerede udgivelsen til sin kone Dr Diana Gonçalves Schmidt, der også værdsætter arbejdet på videnskabeligt plan, da hun også var en del af Alexander Heckels arbejdsgruppe.

Da de er meget mindre end bølgelængderne af synligt lys, ringene kan ikke ses med et standardmikroskop. "Du bliver nødt til at samle omkring 4000 sådanne ringe for at nå en diameter på et menneskehår", siger Thorsten Schmidt. Han viser derfor catenanerne med et scanningskraftmikroskop, som scanner de ringe, der er placeret på en overflade med en ekstremt fin spids.