Røntgenlaser udforsker nye anvendelser af DNA-byggesten

(Phys.org) – Grundlæggeren af ​​DNA-nanoteknologi – et felt, der skaber små geometriske byggesten fra DNA-strenge – kom for nylig til SLAC for at få et nyt syn på disse kreationer ved hjælp af kraftfulde røntgenlaserimpulser.

I årtier, Nadrian C. "Ned" Seeman, en kemiprofessor ved New York University, har undersøgt måder at samle DNA-strenge til geometriske former og 3-D krystaller med anvendelser i biologi, biocomputing og nanorobotik.

Han sagde, at eksperimentet udført 7-11 februar ved SLACs Linac Coherent Light Source gjorde det muligt for hans team for første gang at studere DNA-strukturerne ved hjælp af mindre krystaller i opløsning ved stuetemperatur.

De ønsker at finde ud af, om de kan analysere strukturen af ​​deres prøver mere præcist i denne naturlige tilstand, da deres tidligere arbejde beroede på større, frosne prøver og nedfrysningsprocessen kan beskadige DNA-strukturerne.

"Jeg tror, ​​vi får nogle ret spændende resultater, " sagde Seeman under det sidste skift af holdets LCLS-eksperiment. "Jeg er meget begejstret for alt, hvad jeg har set indtil videre."

DNA-krystallerne blev suspenderet i væske og strømmet hen over stien for den ultralyse, ultrakorte LCLS røntgenlaserimpulser. Detektorer, der har taget billeder, kendt som diffraktionsmønstre, produceret, da røntgenlyset ramte krystallerne. Teknikken er kendt som røntgen-nanokrystallografi.

SLACs Sebastien Boutet, en instrumentforsker ved LCLS Coherent X-ray Imaging Department, sagde, at DNA-krystallerne brugt i eksperimentet målte op til omkring 2-5 mikron, eller 2-5 tusindedele af en millimeter, i størrelse. Krystallerne var stort set trekantede og var selvsamlede fra 3-D DNA-objekter, danner et ordnet gitter. Det første af sin slags eksperiment på LCLS involverede "masser af forsøg og fejl for at finde den ideelle måde at forberede prøverne på, " sagde Boutet.

De konstruerede strukturer udnytter den naturlige kemiske parring af DNA til at binde små DNA-strenge sammen. De resulterende strukturer kan bruges til at bygge bittesmå mekaniske kasser og programmerbare robotter til målretning af sygdomme, for eksempel.

Forskere kan også bruge DNA-teknik som en platform til at studere andre molekyler, såsom proteiner, som er vigtige for sygdomsforskning og lægemiddeludvikling, men som er svære at krystallisere, hvilket gør dem svære at visualisere.

Når disse proteiner er knyttet til et DNA-stillads, som salt overtrækker en kringle, de mønstre, de danner, kan hjælpe videnskabsmænd med at analysere deres struktur.

"Målet, ultimativt, er at være i stand til at bruge dette gitter som en krystallisationsbærer for ting, der måske ikke så let krystalliserer, "Seeman sagde, "og også for at kontrollere materien, generelt, på nanometerskalaen."

Evnen til at danne et gitter af DNA-strenge, kombineret med den fundamentale rolle DNA spiller som et biologisk datalagringsmedium, har også affødt forskning i DNA-baseret databehandling, hvor DNA's kemi og struktur manipuleres til at lagre data og udføre computeropgaver, udfører funktionerne af magnetiske harddiske og siliciumchips.

"Nøglepunktet ved DNA er, at det har information - det er programmerbart, " sagde Seeman.