Forskere skaber verdens største DNA-origami

Forskere fra North Carolina State University, Duke University og Københavns Universitet har skabt verdens største DNA-origami, som er konstruktioner i nanoskala med anvendelsesmuligheder lige fra biomedicinsk forskning til nanoelektronik.

"Disse origami kan tilpasses til brug i alt fra at studere celleadfærd til at skabe skabeloner til nanofabrikation af elektroniske komponenter, " siger Dr. Thom LaBean, en lektor i materialevidenskab og teknik ved NC State og seniorforfatter til et papir, der beskriver arbejdet.

DNA-origami er selvsamlende biokemiske strukturer, der består af to typer DNA. For at lave DNA-origami, forskere begynder med en biologisk afledt DNA-streng kaldet stilladsstrengen. Forskerne designer derefter tilpassede syntetiske DNA-strenge, kaldet hæftestrenge. Hver hæftestreng er opbygget af en specifik sekvens af baser (adenin, cytosin, thalin og guanin – byggestenene i DNA), som er designet til at parre med specifikke undersekvenser på stilladsstrengen.

De korte tråde indføres i en opløsning indeholdende stilladsstrengen, og opløsningen opvarmes og afkøles. Under denne proces, hver hæftestreng fastgøres til specifikke sektioner af stilladsstrengen, trække disse sektioner sammen og folde stilladset til en bestemt form.

Standarden for DNA-origami har længe været begrænset til en stilladsstreng, der består af 7, 249 baser, skabe strukturer, der måler omkring 70 nanometer (nm) gange 90 nm, selvom formerne kan variere.

Imidlertid, forskerholdet ledet af LaBean har nu skabt DNA-origami bestående af 51, 466 baser, måler cirka 200 nm gange 300 nm.

"Vi var nødt til at gøre to ting for at gøre dette levedygtigt, " siger Dr. Alexandria Marchi, hovedforfatter af papiret og en postdoc-forsker ved Duke. "Først skulle vi udvikle en tilpasset stilladsstreng, der indeholdt 51 kilobaser. Det gjorde vi med hjælp fra molekylærbiolog Stanley Brown ved Københavns Universitet.

"Sekund, for at gøre dette økonomisk muligt, vi var nødt til at finde en omkostningseffektiv måde at syntetisere hæftestrenge på – fordi vi gik fra at have brug for 220 hæftestrenge til at bruge mere end 1, 600, " siger Marchi.

Forskerne gjorde dette ved at bruge, hvad der i det væsentlige er en omdannet inkjetprinter til at syntetisere DNA direkte på en plastikchip.

"Den teknik, vi brugte, skaber ikke kun stor DNA-origami, men har et ret ensartet output, " siger LaBean. "Mere end 90 procent af origamien samler sig ordentligt."