DNA is de stof van het leven, maar het is ook het spul van nanotechnologie. Omdat DNA-moleculen met complementaire chemische structuren elkaar herkennen en aan elkaar binden, DNA-strengen kunnen als legoblokken in elkaar passen om objecten op nanoschaal met een complexe vorm en structuur te maken.

Maar onderzoekers moeten met veel grotere assemblages van DNA werken om een ​​belangrijk doel te bereiken:het bouwen van duurzame miniatuurapparaten zoals biosensoren en containers voor medicijnafgifte. Dat was moeilijk omdat lange DNA-ketens slap zijn en de standaardmethode voor het samenstellen van lange ketens foutgevoelig is.

Met behulp van een DNA-bindend eiwit genaamd RecA als een soort wapening op nanoschaal, of wapeningsstaaf, ter ondersteuning van de floppy DNA-steiger, onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben een aantal van de grootste rechthoekige, lineaire en andere vormen die ooit uit DNA zijn samengesteld. De structuren kunnen twee tot drie keer groter zijn dan die gebouwd met behulp van standaard DNA-zelfassemblagetechnieken.

In aanvulling, omdat de nieuwe methode minder chemisch verschillende stukken vereist om georganiseerde structuren te bouwen dan de standaardtechniek, bekend als DNA-origami, het zal waarschijnlijk het aantal fouten bij het construeren van de vormen verminderen. Dat is een groot pluspunt voor de inspanningen om in grote hoeveelheden betrouwbare DNA-gebaseerde apparaten te produceren, zei NIST-onderzoeker Alex Liddle.

Hoewel het vermogen van RecA om te binden aan dubbelstrengs DNA al jaren bekend is, het NIST-team is de eerste die filamenten van dit eiwit integreert in de assemblage van DNA-structuren. De toevoeging van RecA biedt een bijzonder voordeel:zodra een eenheid van het eiwit bindt aan een klein segment dubbelstrengs DNA, het trekt automatisch andere eenheden aan om ernaast te gaan staan, op dezelfde manier dat staafmagneten end-to-end zullen aansluiten. Als bakstenen die een fundament vullen, RecA bekleedt de gehele lengte van de DNA-streng, uitrekken, verbreden en versterken. een flop, Een DNA-streng van 2 nanometer breed kan transformeren in een meer dan vier keer zo brede stijve structuur.

"De RecA-methode breidt het vermogen van DNA-zelfassemblagemethoden om grotere en meer geavanceerde structuren te bouwen aanzienlijk uit, ", zei Daniel Schiffels van NIST.

Schiffels, Liddle en hun collega Veronika Szalai beschrijven hun werk in een recent artikel in ACS Nano .

De nieuwe methode omvat de DNA-origamitechniek en gaat verder dan dat, volgens Lidl. In DNA-origami, korte strengen DNA met een specifieke sequentie van vier basenparen worden gebruikt als nietjes om lange stukken DNA aan elkaar te binden. Om het magere DNA-skelet sterker en dikker te maken, de streng kan op zichzelf teruglopen, snel de lange snaar opgebruiken.

Als bij DNA-origami alles draait om het vouwen, Liddle vergeleek de nieuwe methode van zijn team met het bouwen van een kamer, beginnend met een plattegrond. De locatie van de korte, enkelstrengs stukjes DNA die fungeren als nietjes markeren de hoeken van de kamer. Tussen de hoeken ligt een lange, dun stukje enkelstrengs DNA. Het enzym DNA-polymerase transformeert een deel van het lange stuk enkelstrengs DNA in de dubbelstrengs versie van het molecuul, een noodzakelijke stap omdat RecA alleen sterk bindt aan dubbelstrengs DNA. Dan assembleert RecA langs de dubbele streng, het versterken van de DNA-structuur en het beperken van de behoefte aan extra nietjes om zijn vorm te behouden.

Met minder nietjes nodig, de RecA-methode is waarschijnlijk in staat om georganiseerde structuren te bouwen met minder fouten dan DNA-origami, zei Lidl.