Onderzoekers van de North Carolina State University, Duke University en de Universiteit van Kopenhagen hebben 's werelds grootste DNA-origami gemaakt, dat zijn constructies op nanoschaal met toepassingen variërend van biomedisch onderzoek tot nano-elektronica.

"Deze origami kunnen worden aangepast voor gebruik in alles, van het bestuderen van celgedrag tot het maken van sjablonen voor de nanofabricage van elektronische componenten, " zegt Dr. Thom LaBean, een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering bij NC State en senior auteur van een paper waarin het werk wordt beschreven.

DNA-origami zijn zelfassemblerende biochemische structuren die uit twee soorten DNA bestaan. Om DNA-origami te maken, onderzoekers beginnen met een biologisch afgeleide DNA-streng genaamd de scaffold-streng. De onderzoekers ontwerpen vervolgens op maat gemaakte synthetische DNA-strengen, stapelstrengen genoemd. Elke stapelstreng is opgebouwd uit een specifieke reeks basen (adenine, cytosine, thaline en guanine – de bouwstenen van DNA), die is ontworpen om te paren met specifieke subsequenties op de steigerstreng.

De stapelstrengen worden in een oplossing gebracht die de steigerstreng bevat, en de oplossing wordt vervolgens verwarmd en afgekoeld. Tijdens dit proces, elke stapelstreng hecht aan specifieke secties van de steigerstreng, die secties samentrekken en de steigerstreng in een specifieke vorm vouwen.

De standaard voor DNA-origami is lange tijd beperkt gebleven tot een steigerstreng die bestaat uit 7, 249 basen, het creëren van structuren die ongeveer 70 nanometer (nm) bij 90 nm meten, hoewel de vormen kunnen variëren.

Echter, het onderzoeksteam onder leiding van LaBean heeft nu DNA-origami gemaakt bestaande uit 51, 466 basen, meet ongeveer 200 nm bij 300 nm.

"We moesten twee dingen doen om dit levensvatbaar te maken, " zegt Dr. Alexandria Marchi, hoofdauteur van het artikel en een postdoctoraal onderzoeker bij Duke. "Eerst moesten we een op maat gemaakte steigerstreng ontwikkelen die 51 kilobasen bevatte. Dat deden we met de hulp van moleculair bioloog Stanley Brown van de Universiteit van Kopenhagen.

"Tweede, om dit economisch haalbaar te maken, we moesten een kosteneffectieve manier vinden om stapelstrengen te synthetiseren - omdat we van 220 nietjesstrengen naar meer dan 1 gingen 600, ' zegt Marchi.

De onderzoekers deden dit door een in wezen omgebouwde inkjetprinter te gebruiken om DNA rechtstreeks op een plastic chip te synthetiseren.

"De techniek die we gebruikten, creëert niet alleen grote DNA-origami, maar heeft een vrij uniforme output, "zegt LaBean. "Meer dan 90 procent van de origami assembleert zichzelf op de juiste manier."