Chemici sleutelen al lang aan rotaxanen. De naam, afgeleid van het Grieks, betekent in feite "wielas" - en niet zonder reden.

Want een rotaxaanmolecuul bestaat in wezen uit een as en een ring, of hoepel, eroverheen geregen. Om te voorkomen dat de hoepel van de as glijdt, aan elk uiteinde zijn omvangrijke "stoppers" geplaatst. Deze, beurtelings, bestaan ​​uit in elkaar verstrengelde ringen. De hele constructie lijkt een beetje op een halter met een hoepel om het handvat (zie afbeelding).

Alle eerdere DNA-rotaxanen zijn producten van de organische chemie. Ze zijn ook veel kleiner van formaat en vertonen daarom kortere marges van mechanische beweging op nanoschaal. Bovendien, het nieuwe DNA-alternatief kan eenvoudig worden uitgerust met extra functies, zodat geavanceerde mechanische systemen snel kunnen worden ontwikkeld.

Om de nieuwe rotaxanen te bouwen, het onderzoeksteam rond Dr. Damian Ackermann en Prof. Michael Famulok van het Life &Medical Sciences (LIMES) Institute van de Universiteit van Bonn maakte gebruik van een materiaal waarvan bekend is dat het de bouwstenen van het leven zelf vormt:DNA. Maar de onderzoekers zijn niet primair geïnteresseerd in de functie van DNA als genetische drager. Liever, hun focus van interesse ligt in het gebruik van de principes van basenparing van DNA-dubbelstrengen voor het construeren van geavanceerde architecturen op nanoschaal. De dubbele helix vormt een zeer stabiele steiger. Bovendien, een deel van een streng kan op elke gewenste positie worden verwijderd om als verbindingspunt te dienen voor andere componenten van een nanomachine. " De specificiteit van individuele strengen maakt DNA zeer geschikt. Het biedt ons heel wat mogelijkheden, " legt Damian Ackermann uit. "DNA is als een legoblokje, Het is het ideale materiaal voor nano-architectuur, " voegt professor Famulok toe.

De biochemici uit Bonn hebben een volledig nieuw soort rotaxaan ontwikkeld. Het vormt een stabiele mechanische eenheid, met een vrij bewegende binnenring. Met dit wiel kan veel gedaan worden. “We bedenken nogal wat, ", zegt professor Famulok. "Ons eerste doel is om systemen te bouwen waarin beweging op nanoniveau kan worden gecontroleerd. De as en wielen zijn nu beschikbaar, en we hebben enkele ideeën om de wielen aan het draaien te krijgen." Deze nano-engines kunnen dan ook worden gecombineerd met andere biologische systemen, zoals eiwitten.

De onderzoekers beseffen nu dat, met hun DNA rotaxanen, ze hebben de basis gelegd voor de ontwikkeling van allerlei verschillende nanomechanische systemen op basis van mechanisch gekoppeld dubbelstrengs DNA. Het blijft open wat er uiteindelijk uit deze inspanningen zal voortkomen, maar de belangrijke doorbraak is gemaakt. "Waar het om gaat is dat we nu een set nieuwe componenten hebben waarmee we dingen kunnen bouwen die voorheen onmogelijk waren, " zegt Ackermann:"De grenzen van onze verbeelding hebben, in zekere zin, een beetje verder geduwd."