Onderzoekers van de Universiteit van Montreal hebben een programmeerbare DNA-thermometer gemaakt van 20, 000x kleiner dan een mensenhaar. Deze wetenschappelijke vooruitgang meldde deze week in het tijdschrift Nano-letters kan ons begrip van natuurlijke en door de mens ontworpen nanotechnologieën aanzienlijk helpen door temperatuur op nanoschaal te meten.

Meer dan 60 jaar geleden, onderzoekers ontdekten dat de DNA-moleculen die coderen voor onze genetische informatie zich kunnen ontvouwen bij verhitting. "In recente jaren, biochemici ontdekten ook dat biomoleculen zoals eiwitten of RNA (een molecuul vergelijkbaar met DNA) worden gebruikt als nanothermometers in levende organismen en temperatuurvariatie rapporteren door vouwen of ontvouwen, " zegt senior auteur prof. Alexis Vallée-Bélisle. "Geïnspireerd door die natuurlijke nanothermometers, die zijn meestal 20, 000x kleiner dan een mensenhaar, we hebben verschillende DNA-structuren gecreëerd die kunnen vouwen en ontvouwen bij specifiek gedefinieerde temperaturen."

Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van DNA om moleculaire thermometers te maken, is dat de DNA-chemie relatief eenvoudig en programmeerbaar is. "DNA is gemaakt van vier verschillende monomeermoleculen die nucleotiden worden genoemd:nucleotide A bindt zwak aan nucleotide T, terwijl nucleotide C sterk bindt aan nucleotide G, " legt David Gareau uit, eerste auteur van de studie. "Met behulp van deze eenvoudige ontwerpregels zijn we in staat om DNA-structuren te creëren die vouwen en ontvouwen bij een specifiek gewenste temperatuur." "Door optische reporters toe te voegen aan deze DNA-structuren, we kunnen daarom thermometers van 5 nm breed maken die een gemakkelijk detecteerbaar signaal produceren als functie van de temperatuur, " voegt Arnaud Desrosiers toe, co-auteur van deze studie.

Deze thermometers op nanoschaal openen vele opwindende wegen in het opkomende gebied van nanotechnologie, en kan ons zelfs helpen om de moleculaire biologie beter te begrijpen. "Er zijn nog veel onbeantwoorde vragen in de biologie, " voegt prof. Vallée-Bélisle toe, "Bijvoorbeeld, we weten dat de temperatuur in het menselijk lichaam op 37°C wordt gehouden, maar we hebben geen idee of er een grote temperatuurvariatie is op nanoschaal in elke individuele cel." Een vraag die momenteel door het onderzoeksteam wordt onderzocht, is om te bepalen of nanomachines en nanomotoren die door de natuur zijn ontwikkeld gedurende miljoenen jaren evolutie, ook oververhit raken wanneer ze functioneren hoog tarief. "In de nabije toekomst zullen we stellen ons ook voor dat deze op DNA gebaseerde nanothermometers kunnen worden geïmplementeerd in elektronische apparaten om lokale temperatuurvariaties op nanoschaal te volgen, " concludeert prof. Vallée-Bélisle.