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Die programmierbare Zusammenlagerung molekularer Bausteine zu
Strukturen mit höherer Ordnung spielen eine Schlüsselrolle beim Aufbau
von Nanomaterialien. Nucleinsäuren sind interessante Kandidaten als
Nanobausteine: Sie lassen sich einfach synthetisieren und haben
einzigartige Charakteristika der molekularen Erkennung vorzuweisen.
Die Schwierigkeit: Um definierte zwei- oder dreidimensionale
Geometrien aufzubauen, braucht man starre Bausteine. DNA-Moleküle sind
normalerweise jedoch flexible Gebilde.
"Aus struktureller Sicht stellen Miniringe wohl die einfachste Form
für ein starres Objekt aus DNA dar," sagt Famulok. Und so stellten er
und sein Team sich der Herausforderung, DNA-Moleküle mit glatter
zirkularer Struktur, frei von Ringdeformationen, Verdrillungen oder
Verknäuelungen. Ein nicht ganz einfaches Unterfangen. DNA liegt
üblicherweise als helikal gewundener Doppelstrang vor und lässt sich,
wenn er zu kurz ist, nicht zum Ring schließen. Wenn, umgekehrt, der
Ring zu groß wird, ist er nicht mehr starr. Famulok und seinem Team
ist es nun gelungen, durch eine ausgeklügelte Wahl der Sequenz und
Anzahl der Nucleotide sowie eine geschickte Syntheseroute die
gewünschten starren "Kringel" herzustellen.
Der besondere Clou: Es gelang den Forschern sogar, eine "Lücke" in die
Kringel einzubauen, eine kurze Sequenz, die nicht in der normalen
Basenpaarung vorliegt, sondern als einzelsträngiges Stück. Sie soll
dazu dienen, die Kringel mit einer für eine spezielle Anwendung
maßgeschneiderten Funktionalität auszustatten. Man muss nur einen zu
diesem einzelsträngigen Part komplementären kurzen DNA-Einzelstrang
herstellen und Moleküle mit den gewünschten Eigenschaften anknüpfen.
Dieser Einzelstrang lässt sich dann passgenau in die Lücke einfügen.
So kann der Kringel fast beliebig bestückt werden, ganz nach den
jeweiligen Erfordernissen, beispielweise mit "Ankern", die die Kringel
spezifisch an andere Bausteine anknüpfen.
"Unsere neue, unkomplizierte Methode zur Herstellung starrer
DNA-Nanoringe mit variablen, maßgeschneiderten Funktionalitäten
eröffnet neue Wege, um höher geordnete DNA-Objekte aufzubauen," ist
Famulok überzeugt.
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