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Selbstaufbau und Kopieren geschafft

Erste Erfolge der Forscher

Zwei wichtige Etappenziele sind bei der Umsetzung dieses Konzepts inzwischen erreicht: Eines davon ist der programmierte Selbstaufbau von Nanogerüsten aus künstlich verzweigten DNA-Bausteinen, die die Forscher als Trisoligos (Dreiarmige) bezeichnen, funktioniert: Sie programmieren diese Bausteine, indem sie ihre Einzelteile in der gewünschten Reihenfolge mit Hilfe eines Automaten nach und nach aneinanderreihen.

Die Nanokonstrukte sind analog zu Stabgerüsten gebaut, die mit Seilen und anderen flexiblen Konstruktionselementen verbunden sind. Ein tetraedrisches Gerüst behält auch unter Belastung seine Geometrie bei, während ein kubisches Gerüst unter dem Einfluss der Schwerkraft zusammenfällt. © RUB

Die Wissenschafltler kontrollieren ihre Bindung unter anderem durch die Reaktionsbedingungen wie zum Beipiel Temperatur, Reagenzien und Salzbedingungen. So können sie zum Beispiel im Baustein speichern, dass sich vier Trisoligos spontan zu einem tetraedrischen Nanogerüst zusammenlagern sollen. Flexible Verbindungsstücke halten die Ecken zusammen. Die RUB-Forscher haben den Tetraeder gewählt, weil er im Gegensatz zu einem Würfel eine definierte dreidimensionale Gestalt haben muss. Ein tetraedrisches Gerüst behält auch unter Belastung seine Geometrie bei, während ein kubisches Gerüst unter dem Einfluss äußerer Kräfte zusammenfällt.

Kopieren erlaubt

Als weiteres Etappenziel haben die Wissenschaftler gezeigt, dass Objekte wie ihr DNA-Tetraeder durch Kopieren der Bindungsinformation in den Bausteinen künstlich repliziert werden können: Ein dreiarmiger Trisoligo- Baustein wird mit drei komplementären Einzelsträngen zusammengebracht, deren Strangenden in der Mitte zusammen liegen. Die Enden sind chemisch so gewählt, dass sie sich mit einem flexiblen Verbindungsstück ("Trislinker") verknüpfen.

Kopieren der Bindungsinformation: Ein dreiarmiger Trisoligo-Baustein und drei komplementäre Einzelstränge, deren Strangenden in der Mitte zusammen liegen, verknüpfen sich über ein flexibles Verbindungsstück ("Trislinker"). © RUB

Nun können Kopie und Original getrennt werden, wobei der Gesamtprozess über das so genannte SPREAD-Verfahren automatisiert wird. Um nicht nur ein nacktes Gerüst, sondern ein Konstrukt mit funktionierenden Modulen zu erzeugen, kann man beim Selbstaufbau Trisoligo-Bausteine verwenden, die an ihren Armenden schon Module tragen.

Und jetzt: Kopieren des Kopierten

Als nächstes suchen die Forscher nach Methoden, um wiederum die Kopien der Trisoligos zu kopieren. Durch einfaches Zusammenlagern mit komplementären Bausteinen geht das nicht, denn jeder Baustein hat ein Kopf- und ein Schwanzende. Bisher haben sie nur Bausteine, die sich am Kopfende mit dem Trislinker verbinden können. Würde man nun einfach die komplementären Bausteine zum kopierten Trisoligo geben, würden sie sich Kopf an Schwanz anlagern, so dass die Schwanzenden in der Mitte zusammenkämen. Wir brauchen also noch eine zweite Klasse von Bausteinen, deren reaktives Ende am Schwanz ist.

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Stand: 02.06.2006

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Molekulare Kopiermaschinen
Forschung an programmierbaren biomolekularen Nanokonstrukten

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Matritzen als „Kuppler“
Weitergabe der Information über Strukturen und Anordnung

Das Leben als Replizierlabor
Grundprinzip von DNA und RNA

Aus ABC mach zweimal AB
Das Prinzip der Selbstreplikation

Gezielte Nutzung angestrebt
Anwendungen von selbstreplizierenden Systemen

Selbstaufbau und Kopieren geschafft
Erste Erfolge der Forscher

Einsatz für die Ribozyme
Reparatur von Gendefekten durch RNA-Bausteine

Erfolgreiches Experiment
RNA-„Ersatzteil“ eingebaut

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