Forskere udnytter DNA som motoren i en supereffektiv nanomaskine

Forskere ved McMaster University har etableret en måde at udnytte DNA som motoren i en mikroskopisk "maskine", de kan tænde for at opdage spormængder af stoffer, der spænder fra vira og bakterier til kokain og metaller.

"Det er en helt ny platform, der kan tilpasses mange slags anvendelser, " siger John Brennan, direktør for McMaster's Biointerfaces Institute og medforfatter til et papir i tidsskriftet Naturkommunikation der beskriver teknologien. "Disse DNA-nano-arkitekturer er tilpasningsdygtige, så ethvert mål skal kunne detekteres."

DNA er bedst kendt som et genetisk materiale, men er også et meget programmerbart molekyle, der egner sig til konstruktion til syntetiske applikationer.

Den nye metode former separat programmerede stykker DNA-materiale til par af sammenlåsende cirkler.

Den første forbliver inaktiv, indtil den frigives af den anden, som et cykelhjul i en lås. Når den anden cirkel, fungerer som låsen, er udsat for selv et spor af målstoffet, den åbner, frigør den første cirkel af DNA, som replikerer hurtigt og skaber et signal, såsom en farveændring.

"Nøglen er, at det selektivt udløses af det, vi ønsker at opdage, " siger Brennan, som har Canada Research Chair i bioanalytisk kemi og biogrænseflader. "Vi har i det væsentlige taget et stykke DNA og tvunget det til at gøre noget, det aldrig var designet til at gøre. Vi kan designe låsen, så den er specifik for en bestemt nøgle. Alle delene er lavet af DNA, og i sidste ende er den nøgle defineret af, hvordan vi bygger den."

Idéen til "DNA nanomaskinen" kommer fra naturen selv, forklarer medforfatter Yingfu Li, som har Canada Research Chair i nukleinsyreforskning.

"Biologi bruger alle slags molekylære maskiner i nanoskala til at opnå vigtige funktioner i celler, " siger Li. "For første gang, vi har designet en DNA-baseret nanomaskine, der er i stand til at opnå ultrafølsom påvisning af et bakterielt patogen."

Den DNA-baserede nanomaskine videreudvikles til et brugervenligt detektionskit, der vil muliggøre hurtig test af en række stoffer, og kunne gå over til klinisk test inden for et år.