Maken van DNA-structuren voor nanomaterialen

Een team van biofysici van de Nederlandse Universiteit Utrecht heeft gemeten hoe de draaiing van DNA wordt beïnvloed door de aanwezigheid van zout.

Trefwoorden: #DNA, #nano, #universiteit, #Utrecht

Lees verder

research

( Foto: Universiteit Utrecht )

ENGINEERINGNET.BE - DNA bestaat uit twee lange, aan elkaar gekoppelde strengen van basen, die om elkaar heen draaien en zo de bekende dubbele helix vormen. Onderzoeksleider Jan Lipfert, hoogleraar Biofysica aan UUtrecht: “Het molecuul zelf heeft een negatieve lading. Positief geladen ionen in de omringende vloeistof zijn van grote invloed op zijn eigenschappen."

Lipfert en zijn team zochten daarom uit welke invloed verschillende ionen hebben op de draaiing van DNA. "Dit is van belang, omdat DNA steeds vaker wordt gebruikt als constructiemateriaal in nanotechnologie. In zogenaamde DNA-origami, bijvoorbeeld, wordt DNA gevouwen tot nauwkeurig gecontroleerde 3D-structuren."

Zo is het mogelijk om nanoschakelaars te bouwen om processen in het lichaam te sturen, of om structuren te maken die kunnen leiden tot betere zonnecellen.

De Utrechtse biofysici stelden met magnetische ‘pincetten’ vast hoe verschillende ionen in variërende concentraties de DNA-origami mogelijk maken. “Wij kunnen dat nu nauwkeurig meten, wat nog niet eerder was gedaan," aldus Lipfert.

"We ontdekten bijvoorbeeld dat het lithium-ion zorgt voor een sterkere draaiing van de DNA-helix dan het natriumion én dan het kaliumion, dat van nature het meest voorkomt in de cel.”

“Die kennis is voor nanotechnologen van belang bij het ontwikkelen van biomaterialen. DNA-origami bestaat uit structuren van miljoenen basenparen. Als elk bouwsteentje één graad meer draaiing heeft, dan leidt dat tot een heel andere driedimensionale structuur.“

Om hun labresultaten om te zetten naar een rekenmodel dat algemeen geldt, werkten Lipfert en zijn collega’s samen met het Max Planck Institute of Biophysics in Frankfurt, die de moleculaire dynamica simuleerden.

Daaruit bleek dat verschillende ionen zich verzamelen op plekken rondom het DNA en ook hoe chemische interacties van een ion met het DNA een belangrijke rol speelt in de winding van het DNA-molecuul.

Door simulaties en experimenten te vergelijken, ontdekten de onderzoekers verder dat de simulatieresultaten voor bijvoorbeeld de ionen lithium, natrium en kalium goed overeenkomen met de metingen.

Dat was niet het geval voor bijvoorbeeld het cesium-ion. De kwantitatieve vergelijking geeft aanwijzingen over hoe de parameters in de toekomst te verbeteren zijn.