Kettenhemd aus synthetischer DNA
DNA-Bündel erhalten durch Azin-Alkin-Klickchemie stabile Kettenhemdstrukturen
Kleine DNA-Einzelstränge können sich selbstständig zu Nanostrukturen zusammenlagern. Münchener Wissenschaftler haben nun solche Oligonucleotide nicht nur zu DNA-Nanoröhren zusammengefügt, sondern diese auch durch interne Ringbildung stabilisiert. Die wie ein Kettenhemd aufgebauten DNA-Catenan-Strukturen halten sowohl hohen Temperaturen als auch chemischer und enzymatischer Behandlung stand. Hergestellt werden sie durch höchst effiziente Klickchemie, wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten.
Catenane sind sich gegenseitig durchdringende Ringe, die ein robustes Gerüst bilden können - wie Kettenglieder in einer Ritterrüstung. Eine natürliche Catenanstruktur von DNA liegt in der Kinetoplasten-DNA des Geißeltierchen Trypanosoma vor. Antonio Manetto von der Baseclick GmbH in München und Kollegen an der Ludwig-Maximilians-Universität München und der Technischen Hochschule Nürnberg sowie der Universität Århus (Dänemark) haben nun ein sechs Helices überspannendes DNA-Bündel aus 24 Einzelnucleotiden aus sogenannten DNA-Kacheln, hergestellt durch DNA-Origami, zusammengesetzt. In das Helixbündel führten sie durch effiziente Klickchemie Catenanstrukturen ein - und verwandelten die Röhre gewissermaßen in ein zylinderförmiges Kettenhemd.
Anders als die unstabilisierte Struktur überstanden die Catenanringe sowohl Hitzebehandlung als auch Ausfällung und Exonuclease-Abbau. Nach und nach erweiterten daher Manetto und Kollegen die Zahl der Catenane, bis schließlich alle 24 Oligonucleotide im Helixbündel in Catenanstruktur verbunden waren. Dieses "DNA-Kettenhemd" zeigte eine deutlich höhere Schmelztemperatur als nur zusammengelagerte Strukturen, war also viel widerstandsfähiger.
Solche DNA-Nanostrukturen können in Technologien von der Elektronik und Nanooptik bis hin zur Nanomedizin und in der Diagnostik zur Anwendungen kommen, wie zum Beispiel für den Wirkstofftransport zum Zielorgan. Die neue Methode könnte solche DNA-Nanobehälter relativ leicht zugänglich machen. Dazu meinen die Autoren: "Über die Herstellung von DNA-Catenanen unterschiedlicher Größe und Kettengeometrien hinaus lassen sich mit dieser Methode Oligonucleotide zu langer einzelsträngiger DNA verknüpfen. Dies könnte eine Möglichkeit sein, Gensynthese nicht nur enzymatisch ablaufen zu lassen."
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