Levenloos, nano vermenigvuldigen
In de natuur vindt zelfvermenigvuldiging overal plaats:minuscule bouwstenen in levende wezens vermenigvuldigen zichspontaan en organiseren zich tot ingewikkelder structuren.Kunstmatige zelfvermenigvuldiging van niet-levende materialendaarentegen is uitermate lastig.
Tot nu toe was dit alleen mogelijk voor zeer specifiekestructuren. De onderzoekers, waaronder AMOLF-groepsleider MirjamLeunissen, hebben nu de eerste stap gezet naar een algemeen proces,waarmee een grote diversiteit aan structuren met verschillendevormen en functies, zichzelf kunnen vermenigvuldigen.
DNA-tegels
De onderzoekers gebruikten kunstmatige structuren van DNA -zogeheten DNA-tegels – opgelost in water om het nieuwe proces tedemonstreren. Deze tegels zijn enkele tientallen nanometers grooten bestaan uit compact opgevouwen DNA-strengen, waar vier losseeindjes met een specifieke volgorde van de basen A, C, G en Tuitsteken.
Deze kleverige eindjes bepalen als een soort streepjescode deidentiteit van de tegel en zorgen ervoor dat de tegel een anderetegel met bijpassende eindjes kan vastgrijpen; A klikt namelijkaltijd aan T, en C aan G, waarbij de eindjes van de twee tegelssamen de karakteristieke tweestrengs wenteltrapstructuurvormen.
De onderzoekers regen zeven tegels met twee verschillendeidentiteiten (bijvoorbeeld aangegeven met de letters X en Y) aanelkaar tot het ‘woord’ X-Y-Y-X-Y-X-Y. Vervolgens bonden de tegelsmet bijpassende kleverige eindjes, X’ en Y’, zich spontaan in dejuiste volgorde aan deze beginstructuur (X’-Y’-Y’-X’-Y’-X’-Y’).
De kleverige eindjes plakken alleen bij lage temperatuur, duswerd het ‘dochterwoord’ van de beginstructuur gescheiden door detemperatuur kort te verhogen. Hierna herhaalden de onderzoekers hetproces met de overgebleven losse tegels, zodat zich ‘kleindochters’vormden, nog steeds met dezelfde XY-lettervolgorde.
Efficiënte fabricage
Dit nieuwe vermenigvuldigingsproces is een belangrijke stapvoorwaarts, omdat het complexe structuren en de informatie die erinbesloten ligt exact kopieert.
Ondanks het gebruik van DNA is het nieuwe proces niet hetzelfde alshet kopiëren van DNA in de cel, omdat er geen speciale biologischemachinerie, zoals enzymen, aan te pas komt.
In feite is zelfs het DNA synthetisch, waardoor het een zeerrobuust proces is. En het allermooiste is dat de kleverigeDNA-eindjes niet alleen aan DNA-tegels, maar ook aan deeltjes vanallerlei andere materialen gezet kunnen worden, zoals bijvoorbeeldmetalen nanodeeltjes. Dit zou de fabricage van nieuwe materialendie opgebouwd zijn uit zulke bouwstenen veel efficiënter kunnenmaken. Dan volstaat het maken van één beginstructuur, die zichdaarna in elke cyclus verdubbelt waardoor het totale aantalexponentieel toeneemt.
Het onderzoek werd gefinancierd door de W.M. Keck Foundation, deNational Science Foundation, het National institute of GeneralMedical Sciences, het Army Reseach Office, NASA, het Office ofNaval Research en de Nederlandse Organisatie voor WetenschappelijkOnderzoek (NWO). De resultaten van dit onderzoek verschijnenvamdaag in Nature.
