Onderzoekers hebben met succes DNA-origami gebruikt om gladde spierachtige samentrekkingen te maken in grote netwerken van moleculaire motorsystemen, een ontdekking die zou kunnen worden toegepast in moleculaire robotica.

"We hebben met succes de geprogrammeerde zelfassemblage van een biomoleculair motorsysteem gedemonstreerd, ' schrijven de onderzoekers uit Japan en Duitsland die het onderzoek hebben uitgevoerd.

Het biomoleculaire motorsysteem, bestaande uit fibreuze microtubuli en motorproteïne-kinesines, speelt een essentiële rol in cellulaire transportsystemen. Wetenschappers denken dat ze de motoren kunnen gebruiken in moleculaire robotica, maar het blijft moeilijk om een ​​groter systeem samen te stellen uit de kleine moleculen.

In de huidige studie gepubliceerd in Nano-letters , het onderzoeksteam, waaronder Akira Kakugo van Hokkaido University, Akinori Kuzuya van Kansai University, en Akihiko Konagaya van het Tokyo Institute of Technology ontwikkelden een systeem dat DNA-origami en microtubuli combineert. De DNA-origami werden gevormd uit zes samengebundelde DNA-helices. Het mengen van de twee componenten zorgde ervoor dat de microtubuli zichzelf assembleerden rond de DNA-origami en stervormige structuren vormden. Deze zelfassemblage werd mogelijk gemaakt door de binding van complementaire DNA-strengen die aan elke component waren bevestigd.

Het team ontwierp vervolgens een "kinesine-linker" die is gemaakt van vier kinesine-motoreiwitten die uitstralen vanuit een centraal kerneiwit. Deze kinesine-linkers verbinden de microtubuli met elkaar, waardoor meerdere sterachtige assemblages worden verbonden, een veel groter hiërarchisch netwerk vormen.

Wanneer adenosinetrifosfaat (ATP), een molecuul dat energie opslaat en vervoert, toegevoegd aan het systeem, de kinesine-linkers bewogen, waardoor het microtubulaire netwerk binnen enkele minuten dynamisch samentrekt. Dit leek volgens de onderzoekers op de samentrekking van gladde spieren.

Deze dynamische samentrekking gebeurde alleen wanneer de DNA-origami aanwezig was, suggereert het belang van de hiërarchische assemblage binnen het microtubulaire netwerk. "Verdere studies zouden kunnen leiden tot het gebruik van DNA voor gecontroleerde, programmeerbare zelfassemblage en samentrekking van biomoleculaire motoren. Dergelijke motoren kunnen toepassingen vinden in moleculaire robotica en de ontwikkeling van microkleppen voor microfluïdische apparaten, ' zegt Akira Kakugo.