Onderzoekers van de Universiteit van Oxford hebben een "moleculaire hopper, " in staat om enkele strengen DNA door een eiwitnanobuisje te bewegen.

De kleine hopper werkt door achtereenvolgens eenvoudige chemische bindingen te maken en te verbreken die hem hechten aan een spoor op nanoschaal. Dit kan worden ingeschakeld, uitgeschakeld of omgekeerd door een klein elektrisch potentiaal, wat het uiteindelijk geschikt zou kunnen maken voor gebruik in DNA-sequencing-apparaten met nanoporiën.

Professor Hagan Bayley van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Oxford, die het onderzoek leidde, zei:"In staat zijn om moleculaire beweging te beheersen is de heilige graal van het bouwen van machines op nanoschaal. In staat zijn om afzonderlijke DNA-moleculen onder nauwkeurige chemische controle te verwerken, kan een alternatief zijn voor het gebruik van enzymen in DNA-sequencing-technologieën, het verbeteren van hun snelheid en het aantal moleculen dat parallel kan worden geanalyseerd."

De Nobelprijs 2016 werd onder meer toegekend voor de constructie van moleculen met glijdende en roterende elementen, wat het belang van deze technologie op vele gebieden aantoont. Het Oxford-team heeft deze technologie aanzienlijk verbeterd door moleculen te produceren die sub-nanometer-hoppingstappen maken die één voor één kunnen worden gedetecteerd en onderworpen zijn aan externe controle.

De hopper heeft momenteel een paar seconden nodig voor elke stap, en de onderzoekers proberen nu zowel de snelheid van de chemie als de lengte van de baan te verhogen, die momenteel beperkt is tot zes voetsteunen.

Hoe de vultrechter werkt

De huppelbeweging maakt gebruik van een zeer eenvoudige chemie op basis van 3 zwavelatomen [thiol/disulfide-uitwisseling], die voorkomt in water bij kamertemperatuur. De hopper neemt stappen van minder dan nanometer (0,7 nm), en wordt aangedreven en gecontroleerd door een elektrisch veld; de richting van het springen kan worden geschakeld door het elektrische veld om te keren. Dit alles wordt realtime gevolgd op het niveau van één molecuul.

Een ratelende beweging is vereist voor nanopore-sequencing, die momenteel wordt bereikt door een enzym te gebruiken. De huppelbeweging in het nieuw gepubliceerde apparaat is een chemische ratel en dit principe kan worden toegepast op DNA- en RNA-sequencing omdat de stapgrootte vergelijkbaar is met de afstand tussen de nucleotiden in enkelstrengs DNA.

Het volledige papier, "Directionele controle van een processieve moleculaire hopper, " is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .