Kemikere skaber klynger af organeller ved at efterligne naturen

Det er lykkedes forskere fra universitetet i Basel at organisere sfæriske rum i klynger, der efterligner den måde, hvorpå naturlige organeller ville skabe komplekse strukturer. Det lykkedes dem at forbinde de syntetiske rum ved at skabe broer lavet af DNA mellem dem. Dette repræsenterer et vigtigt skridt hen imod realiseringen af ​​såkaldte molekylære fabrikker. Journalen Nano bogstaver har offentliggjort deres resultater.

Inden i en celle er der specialiserede rum kaldet organeller, som for eksempel kerne, mitokondrier, peroxisomer og vakuoler, der er ansvarlige for specifikke funktioner i cellen. Næsten alle sofistikerede biologiske funktioner af celler realiseres ved selvorganisering, en proces, hvorved molekyler vedtager et defineret arrangement baseret på deres specifikke konformationer og egenskaber, uden udefrakommende vejledning.

Brug af selvorganisering af nano-objekter i komplekse arkitekturer er en vigtig strategi for at producere nye materialer med forbedrede egenskaber eller funktionaliteter inden for områder som kemi, elektronik og teknologi. For eksempel, denne strategi er allerede blevet anvendt til at skabe netværk af uorganiske faste nanopartikler. Imidlertid, indtil nu, disse netværk var ikke i stand til at efterligne sofistikerede strukturer, der har biologiske funktioner i cellerne og dermed har potentiel anvendelse inden for medicin eller biologi.

DNA-broer giver stabilitet

Den fælles forskning af grupperne ledet af professorerne Cornelia Palivan og Wolfgang Meier giver nu en ny tilgang til selvorganisering af kunstige organeller i klynger, der efterligner forbindelsen mellem deres naturlige modstykker. Ved at bruge enkelt DNA-strenge til at forbinde de sfæriske rum, lykkedes det forskerne at skabe klynger i henhold til en bestemt arkitektur og kontrollerede egenskaber. "Vi var spændte på at se, at de forskellige DNA-strenge på overfladen af ​​det sfæriske rum vandrede sammen og dannede en bro med DNA-strengene fra den næste", siger Palivan. Denne DNA-bro repræsenterer en ekstremt stabil forbindelse.

Denne strategi inspireret af naturen går ud over de faktiske selvorganiseringstilgange, da det også tillader integration af forskellige krav såsom finjustering af afstanden mellem rummene eller forskellige topologier "on demand". Som rum, forskerne brugte polymersomes, med en syntetisk membran, i modsætning til liposomer, har den store fordel at være meget stabil og kontrollere fusionen af ​​individuelle rum i cellen.

En yderligere unik fordel ved denne strategi til at organisere nano-klynger er det faktum, at rummene kan fyldes med reaktionspartnere såsom enzymer, proteiner eller katalysatorer. Dette giver grundlaget for den videre konstruktion af kunstige organeller, der tjener som molekylære fabrikker. Denne forskning blev udført inden for National Center of Competence in Research (NCCR) Molecular Systems Engineering.