Stel je voor dat je strengen DNA neemt - het materiaal in onze cellen dat bepaalt hoe we eruitzien en functioneren - en het gebruikt om kleine structuren te bouwen die medicijnen kunnen afleveren aan doelen in het lichaam of elektronische miniaturisatie naar een heel nieuw niveau kunnen tillen.

Hoewel het voor de meesten van ons nog steeds als sciencefiction klinkt, onderzoekers zijn al tientallen jaren aan het puzzelen en experimenteren met DNA-structuren. En, in recente jaren, het werk van wetenschappers zoals chemieprofessor Hanadi Sleiman aan de McGill University heeft het gebruik van door de mens gemaakte DNA-structuren dichter bij een verscheidenheid aan toepassingen in de echte wereld gebracht.

Maar naarmate deze toepassingen zich blijven ontwikkelen, ze vereisen steeds grotere en complexere DNA-strengen. Dat leverde een probleem op, omdat de geautomatiseerde systemen die worden gebruikt voor het maken van synthetisch DNA geen strengen kunnen produceren die meer dan ongeveer 100 basen bevatten (de chemicaliën die zich verbinden om de strengen te vormen). Er kunnen honderden van deze korte strengen nodig zijn om nanobuisjes te assembleren voor toepassingen zoals slimme medicijnafgiftesystemen.

Een meer economische methode

In nieuw onderzoek gepubliceerd op 5 mei in Natuurcommunicatie , echter, Het team van Sleiman bij McGill meldt dat het een techniek heeft bedacht om veel langere DNA-strengen te maken, inclusief op maat ontworpen sequentiepatronen. Bovendien, deze aanpak produceert ook grote hoeveelheden van deze langere strengen in slechts een paar uur, waardoor het proces potentieel economischer en commercieel levensvatbaarder wordt dan bestaande technieken.

De nieuwe methode houdt in dat je kleine strengen achter elkaar aan elkaar plakt, zodat ze zich hechten aan een langere DNA-streng met behulp van een enzym dat bekend staat als ligase. Een tweede enzym, polymerase, wordt vervolgens gebruikt om veel kopieën van de lange DNA-streng te genereren, grotere volumes van het materiaal opleveren. Het polymeraseproces heeft als bijkomend voordeel dat het eventuele fouten corrigeert die in de sequentie zijn geïntroduceerd, alleen de correct gesequeneerde, product van volledige lengte.

Designer DNA-materiaal

Het team gebruikte deze strengen als steiger om DNA-nanobuisjes te maken, wat aantoont dat de techniek het mogelijk maakt de lengte en functies van de buizen nauwkeurig te programmeren. "Uiteindelijk, wat we krijgen is een lange, synthetische DNA-streng met precies de volgorde van basen die we willen, en met precies zoveel herhalende eenheden als we willen, " legt Sleiman uit, die samen met Graham Hamblin de studie schreef, die onlangs promoveerde, en promovendus Janane Rahbani.

"Dit werk opent de deur naar een nieuwe ontwerpstrategie in DNA-nanotechnologie, "Sleiman. "Dit zou toegang kunnen bieden tot designer-DNA-materialen die economisch zijn en kunnen concurreren met goedkopere, maar minder veelzijdige technologieën. In de toekomst, toepassingen kunnen variëren van aangepaste gen- en eiwitsynthese, tot toepassingen in nano-elektronica, nano-optica, en medicijnen, inclusief diagnose en therapie."