DNA voor nanomachines

De onderzoekers slaagden er in om de zelfassemblage van Guanosine, één van de bouwstenen van ons DNA, in detail te controleren. Hun onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd door Nature Chemistry.  Het controleren van de vorm en structuur van zelfassemblerende systemen blijft voor wetenschappers een struikelblok. Dit terwijl zulke structuren, waarbij de verschillende moleculen met elkaar samenwerken, ongeëvenaarde eigenschappen kunnen hebben. Zelfassemblage kan de weg vrij maken voor toekomstige massaproductie van nanomaterialen, nanogeneesmiddelen en nano-elektronica.

Een quadruplex van vier DNA-strengen is een voorbeeld van zo’n zelfassemblerende structuur. Guanosine-moleculen gaan bindingen met elkaar aan om zo een G-quadruplex te vormen. De onderzoekers slaagden erin om met behulp van Coulombische spanning de vorming van G-quadruplexen te beïnvloeden. Zij maakten structuren met 8, 12, 16, of zelfs 24 guanosine-moleculen.

Bij vorming van G-quadruplexen worden positief geladen alkalische metaalionen opgenomen in het binnenste van de structuur. Negatief geladen anionen vallen echter aan de buitenkant van de structuur en zijn daardoor blootgesteld aan de omgeving. De wet van Coulomb beschrijft de kracht die twee elektrische ladingen op elkaar uitoefenen. Volgens deze wet wordt die kracht bepaald door de afstand tussen de negatief en positief geladen ionen én door de stabiliserende eigenschappen van de oplossing waarin de zelfassemblage plaatsvindt. De negatief geladen anionen aan de buitenkant van de structuur zijn immers blootgesteld aan deze oplossing, waardoor de oplossing in grote mate de stabiliteit van de structuur bepaalt.

Door te variëren met de twee verschillende factoren, afstand en oplossing, konden de onderzoekers de vorming van de G-quadruplexen reguleren. Zo konden zij onder meer structuren met verschillende aantallen moleculen bouwen. Een structuur met precies 24 guanosine-moleculen was nog nooit eerder kunstmatig gevormd. Deze nieuwe invalshoek opent dus nieuwe deuren voor het reguleren van zelfassemblerende structuren.