Door eiwitten te gebruiken die van nature DNA in cellen binden en rangschikken, een door KAUST geleid team heeft een plug-and-play-strategie bedacht voor het bouwen van stabiele, op maat ontworpen nanostructuren.

De veelzijdige maar ongecompliceerde methode voor het ontwerpen van hybride DNA-eiwitassemblages biedt ingenieurs nu een platform op nanoschaal voor het oplossen van problemen in de wetenschap. "De DNA-eiwit nanotechnologie heeft potentiële toepassingen op vele gebieden, inclusief medicijnen, biotechnologie en analytische chemie, " zegt KAUST's professor Satoshi Habuchi, die de studie leidde.

Het idee om DNA te gebruiken als een soort moleculaire origami dateert uit de jaren 80, maar pas twee jaar geleden slaagden wetenschappers erin eiwitten in nanostructuren op te nemen. Als zo'n ontluikende technologie, Habuchi realiseerde zich de ruimte voor verbetering, die hij identificeerde, "Eist het vinden van nieuwe bouwstenen voor de constructie van DNA-eiwit zelf-geassembleerde nanostructuren.

De bouwsteen die Habuchi en zijn team kozen om in hun structuren op te nemen, wordt een histon genoemd, een type eiwit dat normaal gesproken werkt als een spoel om het DNA in de cel op te winden en samen te persen. Onder de juiste kunstmatige omstandigheden, histonen en enkelstrengs DNA zullen zich ook spontaan assembleren tot individuele nanodeeltjes en verknoopte complexen.

Met behulp van elektronenmicroscopen in het Imaging and Characterization Core Lab van de universiteit en andere geavanceerde apparatuur in het laboratorium van Habuchi, de onderzoekers karakteriseerden de structuur van deze histon-DNA-nanostructuren. Ze waren in staat om te detailleren hoe ze zich vormen met precieze geometrie als ze de juiste combinatie van temperatuur, incubatietijd en chemische omgeving.

De enige variabele die van vorm leek te veranderen, was de lengte van het DNA.

De histondecoraties in het DNA-origamiplatform vereenvoudigen daarom de ontwerpprincipes van de nanotechnologie aanzienlijk, zegt Maged Serag, een onderzoeker in het laboratorium van Habuchi. Bovendien, hij voegt toe, "Het feit dat we een eiwit in de algehele structuur hebben geïntegreerd, helpt de toepasbaarheid van onze aanpak in verschillende aspecten van het biotechnologische veld te vergroten."

Haboechi, Serag en hun collega's hebben gewerkt om de technologie vooruit te helpen.

"We proberen histon-eiwitten te integreren op specifieke locaties in DNA-origami-structuren, een eerste stap naar het construeren van gecompliceerde nanostructuren, ' legt Serag uit.

De hybride assemblages kunnen wetenschappers ook helpen de fundamentele rol van histon-eiwitten bij het reguleren van genexpressie en DNA-replicatie beter te begrijpen. De studie, Haboechi zegt, licht kunnen werpen op deze fundamentele biologische functies.