Posted by: Kalorintschi
Was sind DNA Origami?
Nicht nur Papier Origami Künstler können beeindruckende Strukturen durch Falten erschaffen – sondern auch die Natur. Nach dem molekularen Bauprinzip des Erbgutes können mit einer Technik die sich DNA-Origami nennt beliebige Zwei- und Dreidimensionale Strukturen erschaffen werden.
Forscher haben bereits verschiedenste DNA-Nanostrukturen entwickelt und realisiert (Abbildung 1). Auch funktionale Objekte wie Scharniere, Greifer, Rotoren und sogar einen Roboter mit beweglichen Armen sind heutzutage möglich – alle aus DNA-Molekülen.
Doch wie entstehen DNA-Origami Strukturen aus einem DNA Strang?
Im Jahr 2006 entwickelte Paul Rothemund vom California Institute of Technology eine Technik, die es ermöglicht einen langen DNA Strang in verschiedenste Formen zu biegen: DNA-Origami. DNA-Origami ermöglicht es wie Papier Origami, zwei- und drei-dimensionale Strukturen zu formen. Statt ein Blatt Papier zu falten, faltet man einen langen DNA Strang mithilfe von vielen kleinen DNA Strängen zu dem gewünschten Objekt.
Der Gerüststrang wird aus Bakterien entnommen und liegt als Einzelstrang vor. Die Sequenz dieses langen DNA-Strangs, des Gerüsts, ist bekannt. Das macht es möglich, exakt komplementäre, kürzere DNA-Sequenzen (Klammern) zu entwerfen, die an bestimmte Stellen im langen DNA-Strang binden können.
Klammer- und Gerüststränge können sich in einem einzigen Schritt selbst zusammensetzen (Abbildung 2). Diesen Vorgang nennt man Selbstassemblierung. Dabei finden und verbinden sich immer genau gegensätzliche Stränge. So entstehen sehr stabile und nanometerpräzise Strukturen, wie zum Beispiel Objekte wie Oktaeder, Boxen oder Scharniere .
DNA-Origami ist also eine selbstassemblierende Methode, mit der es möglich ist, beliebige Strukturen mit Nanometerpräzision zu formen.
Wieso wollen wir nun DNA-Origami Strukturen auf die Internationale Raum Station bringen?
Der nächste Schritt des neuen Materials DNA-Origami ist, das Material um die Nanometer-Ebene zu erweitern und größere Strukturen zu bauen. Hier denkt man an Kristallbildung, wo sich aus Millionen von DNA-Origami Strukturen eine große, sehr stabile Struktur zusammensetzt. Kristalle sind sehr regelmäßige Strukturen mit definierten Abständen, diese Eigenschaft kann man ausnutzen um beispielsweise nanoelektronische Komponenten für einen DNA-Computer herzustellen.
Die Struktur eines Biomoleküls aufzuklären ist ein essenzieller Schritt um einen geeigneten Wirkstoff dagegen zu entwickeln. Dieser Vorgang dauert jedoch oft mehrere Jahre und ist mit einem großen Kostenaufwand verbunden. Ein Kristallgitter aus DNA-Origami könnte als „host“ für Gastmoleküle verwendet werden deren Struktur man aufklären möchte. DNA-Origami Kristalle könnten also in der Medizin zur Strukturaufklärung von Biomolekülen Anwendung finden.
Bisher gelang es jedoch nicht, auf der Erde gleichmäßige Kristalle herzustellen, die für eine weitere Verarbeitung, beispielsweise zu Nano-Werkzeugen, nötig wären. Ein möglicher Grund könnte die Erdgravitation sein.
In Mikrogravitation herrschen optimale Bedingungen für Kristallwachstum.
Die ISS bietet also die einzigartige Möglichkeit, das Verhalten des Materials in Mikrogravitation zu untersuchen, sowie die positiven Effekte der Mikrogravitation auszunutzen, um einen 3D DNA-Origami-Kristall zu züchten. Diese Kristalle könnten es ermöglichen, neue Wege im Bereich der Robotik, Computerwissenschaften, Materialwissenschaften, Medizin und Medikamentenentwicklung zu gehen.
Die Analyse von DNA-Origami Kristallen, die in der Mikrogravitation gezüchtet werden, hilft Forschern, die genauen Bedingungen, für die Herstellung der hochwertigsten und fehlerfreisten Kristalle besser zu verstehen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse unterstützen die kommerzielle Ausweitung der Produktion von DNA-Origami-Kristallen auf der Erde.
Mehr Informationen zu DNA Origami und die Möglichkeiten dieser Technik:
Eure Space Origami Crew
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