Een team van wetenschappers uit Duitsland en China deelde de resultaten van een verbazingwekkend experiment. Wetenschappers hebben een DNA-nanobot gemaakt, bestaande uit slechts één molecuul, en deze in een tweedimensionaal doolhof gelanceerd, ontworpen volgens het principe van origami. De zogenaamde DNA-navigator wist een uitweg te vinden.
Bedenk dat je met DNA-origamitechnologie verschillende structuren kunt maken van DNA-strengen. Dit is mogelijk vanwege het feit dat lange DNA-moleculen zijn samengesteld uit nucleotiden die paren vormen: adenine met thymine, cytosine met guanine. Door de volgorde van nucleotiden in de ketting te specificeren, kun je bereiken dat deze op de juiste plaatsen en in de juiste hoek vouwt en vastmaakt. Op deze manier kunt u een oneindig aantal structuren creëren.
In dit geval gebruikte een team onder leiding van Friedrich Simmel van de Technische Universiteit van München en Chunhai Fan van de Chinese Academie van Wetenschappen DNA-origamitechnologie om een doolhof te creëren dat lijkt op een wiskundige boomgrafiek. In dit geval hebben de 'passages' van het labyrint zogenaamde DNA-nietjes, waaraan een ander molecuul kan hechten. Tegelijkertijd dienen gebieden zonder dergelijke "aanwijzingen" als "muren".
Er wordt gespecificeerd dat het resulterende doolhof structureel equivalent is aan een boom met wortels met tien hoekpunten (het diagram wordt hieronder getoond). Het bevat een ingang en een uitgang.
Een doolhof is structureel gelijk aan een boom met tien hoekpunten. Vertex A markeert de ingang. Mogelijke routes zijn rood gemarkeerd, maar er is er maar één (aan de rechterkant). Illustratie door Nature Materials.
De auteurs van het werk leggen uit dat het kleine apparaatje dat ze hebben gemaakt een DNA-wandelaar wordt genoemd. Het beweegt door kettingreacties van DNA-hybridisatie (de combinatie van geschikte enkelstrengige nucleïnezuren tot één molecuul).
Volgens hem biedt zo'n mechanisme de mogelijkheid om de doolhofpassages in te draaien. Als gevolg hiervan, als meerdere DNA-nanobots in een dergelijke structuur worden gelanceerd, zal elk van hen onafhankelijk een van de mogelijke routes kunnen verkennen, wat een parallelle diepte-eerst zoektocht zal opleveren (dit is een van de methoden om de grafiek te doorlopen).
Promotie video:
Om de DNA-nanobot te helpen bij het kiezen van het enige juiste pad uit vele opties, hebben de wetenschappers de bovenkant van de boomgrafiek die de uitgang voorstelt, chemisch gewijzigd.
Om de DNA-nanobot te helpen bij het kiezen van het juiste pad uit een verscheidenheid aan opties, hebben wetenschappers de uitgang van het doolhof chemisch aangepast. Illustratie door Nature Materials.
Tijdens de experimenten observeerden de specialisten de bewegingen van de DNA-navigators met behulp van een scanning atomic force microscoop en een microscoop met zeer hoge resolutie. De eerste methode maakt het mogelijk verharde routes en gebieden te volgen die de DNA-wandelaar nog niet heeft bezocht. De tweede methode biedt fluorescerende visualisatie van de route met een resolutie op nanoschaal.
De onderzoekers hebben er vertrouwen in dat dit soort ontwikkeling de kansen op het gebied van nanotechnologie, biomoleculaire zelfassemblage en kunstmatige intelligentie zal helpen vergroten. Dergelijke DNA-navigators kunnen worden gebruikt om informatie op te slaan en over te dragen, evenals in de geneeskunde, voor de diagnose en behandeling van verschillende ziekten, waaronder oncologie.
Dit werk wordt in meer detail beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.
Yulia Vorobyova
