DNA-origami – Store norske leksikon

DNA-origami er en teknikk hvor man bretter DNA til små strukturer, figurer og former. Teknikken kan brukes for å lage nanostrukturer som anvendes innenfor medisin og elektronikk.

I DNA finnes det baser, hvor to baser alltid bindes sammen i par. Ved å endre på rekkefølgen til basene i DNA-et kan man få bestemte områder av DNA-molekylene til å binde seg sammen. Dette kan så utnyttes til å forme DNA-molekylene til spesifikke former. For eksempel kan det lages sirkler, trekanter og smilefjes av DNA-molekylene.

Anvendelser

Nanostrukturer har ofte unike elektriske og optiske egenskaper. DNA-origami gjør det mulig å konsekvent lage et rammeverk for slike nanostrukturer med nanometer-presisjon. For eksempel kan man lage felteffekttransistorer og nanoledninger med presis justerbar ledningsevne. Teknikken er også nyttig i medisin hvor man kan innkapsle medikamenter i DNA. Det gjør det mulig å presist og målrettet føre cellegift til kreftceller. DNA-origami kan også være et nyttig verktøy innenfor forskning av biologiske molekyler.

Design av DNA-figurer

Først blir den ønskede geometriske figuren tilnærmet med en lang kurvet linje som går gjennom figuren. Flere sammenkoblinger blir laget mellom de ulike områdene av linjen. Den lange linjen representerer et langt DNA-molekyl, mens sammenkoblingene representerer korte DNA-molekyler.

Ut ifra denne modellen er det mulig å bestemme hvilke baser (nukleotider) hver DNA-tråd skal ha. Det lange DNA-molekylet har ofte en forhåndsbestemt sekvens av nukleotider. Vanligvis er denne sekvensen tatt fra DNA-et til et virus, mens de korte DNA-molekylene blir gitt en sekvens som korresponderer til de områdene de binder sammen.

DNA er vridd som en spiral. Hvis man prøver å binde sammen DNA i områder som er orientert i forskjellige retninger, vil det skape stress i figuren. Vanligvis vil man legge til eller fjerne nukleotider på enkelte DNA-tråder for å minske dette stresset.

For å gjøre designet mer stabilt, blir korte DNA-molekyler som er rett ved siden av hverandre, kombinert til et molekyl. Det bidrar til å forsterke bindingene mellom DNA-molekylene og gir figuren høyere smeltepunkt. I tillegg blir bindinger justert og flyttet for å sterkere binde sammen områder med store gap mellom seg.

For å lage designet er ofte deler av eller hele prosessen automatisert ved bruk av datamaskin-assistert konstruksjon (DAK) programvare.

Fabrikasjon

Etter at designprosessen har bestemt sekvensen av nukleotider for hvert DNA-molekyl, blir DNA-molekylene produsert. Det lange DNA-molekylet blir vanligvis dannet ved å bruke DNA-et til en organisme. Uønskede områder i DNA-et blir fjernet med enzymer. De korte DNA-molekylene blir laget ved kunstig DNA-syntese. Ved å legge til en og en nukleotide via kjemiske reaksjoner kan man danne det ønskede DNA-molekylet. Effektiviteten til kunstig DNA-syntese går betraktelig ned når molekylet blir lengre. Teknikken er derfor vanligvis kun brukt til å lage DNA molekyler som er under 300 nukleotider lange.

Etter DNA-molekylene er produsert blir de blandet sammen i en løsning av vann. Løsning blir varmet opp til rundt 95 °C og kjøles gradvis ned til 20 °C. I løpet av denne prosessen vil DNA-molekylene kobles sammen til den ønskede figuren.

Les mer i Store norske leksikon

Litteratur

Rothemund, P. 'Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns'. Nature 440, 297–302 (2006), https://www.dna.caltech.edu/Papers/DNAorigami-nature.pdf, DOI:https://doi.org/10.1038/nature04586
Rothemund, P. 'Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns Supplementary Notes 1–11'. Caltech (2006), https://rothemundlab.caltech.edu/downloads/folding_dna_supp1.pdf

Kommentarer (1)

1. mars skrev Christian Wessel Gynnild

Artikkelen beskriver DNA-origami, en teknikk hvor man bretter DNA til små strukturer, figurer og former. Den kan brukes for å lage nanostrukturer for anvendelser innenfor medisin og elektronikk.

Kilder:
- Rothemund, P. 'Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns'. Nature 440, 297–302 (2006), https://www.dna.caltech.edu/Papers/DNAorigami-nature.pdf, DOI:https://doi.org/10.1038/nature04586

- Rothemund, P. 'Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns Supplementary Notes 1–11'. Caltech (2006), https://rothemundlab.caltech.edu/downloads/folding_dna_supp1.pdf

- Swarup Dey et al., ‘DNA origami’, Nat Rev Methods Primers 1, 13 (2021), DOI:https://doi.org/10.1038/s43586-020-00009-8

- Alex Hoose et al., ‘DNA synthesis technologies to close the gene writing gap’, Nat Rev Chem 7, 144–161 (2023), DOI:https://doi.org/10.1038/s41570-022-00456-9

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Nanoteknologi

Jacob Linder

Professor, NTNU – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet