Med DNA som legokloss

Når ein skal lage noko på nanoskala kan ein nytte to framgangsmåtar: Å starte med noko stort for så å gjere det mindre og mindre, eller å starte med endå mindre bitar og bygge det opp frå det, nesten som med legoklossar.  Men medan ein ivrig unge sit og bygger kloss på kloss med lego, kan ein få molekylære byggeklossar til å samle seg heilt av seg sjølv! Dette høyres utruleg ut, men ved nærare ettertanke er det klart at dette skjer heile tida i naturen. Eit tre som startar som eit frø og veks seg stort, eller neglene dine som stadig veks sjølv om du klypper dei. Korleis fungerer det? Og har me sjans til å etterlikne det og bygge ting med DNA sjølv? Svaret på det kjem etter at me har sett nærare på korleis kroppen gjer det.

20 aminosyrer, tusenvis av protein

Slik er ei aminosyre bygd opp. H.tjerns - CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10198375

H.tjerns – CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10198375

I kroppen er aminosyrene ein viktig byggekloss. Dette er organiske sambindingar som består av karbon, oksygen, nitrogen og hydrogen. I tillegg har dei ei funksjonell gruppe, som er det som skil aminosyrene frå kvarandre. Syregruppa av ei aminosyre hektar seg saman med aminogruppa til ei anna og kan såleis danne lange kjeder.

Kvar aminosyre er litt forskjellig grunna den funksjonelle gruppa, som gjer at den i varierande grad blir tiltrekt andre aminosyrer og støyter frå seg andre, grunna ulik elektrisk ladning. Dette gjer at kjeda av aminosyrer ikkje held seg rett, men foldar seg saman i ein bestemt form basert på rekkefølgja av aminosyrene. Formasjonen ein står igjen med, er eit protein.  Med kun 20 ulike aminosyrer bygger kroppen opp alle proteina me treng for å overleve. Det blir mellom anna brukt til å bygge musklar, gro hår og transportere oksygen i blodet.

 

 

 

Ei trapp med milliardar av trappetrinn

Men kva er det eigentleg som bestemmer rekkjefølgja på aminosyrene? Den koden ligg i DNA-DNA-structure-and-bases
molekylet, som har heile «oppskrifta» som skal til for å både bygge og vedlikehalde eit menneske, dyr og andre organismar. Tenk deg ei spiraltrapp, der strukturen er bygd opp av sukker og fosfor. Kvart trappetrinn representerer av eit basepar, og det er fire ulike typar trappetrinn. Koden til DNAet består nemleg av fire ulike basar, der berre to og to kan binde seg saman. Det største menneskelege kromosomet består av tre milliardar basepar, så sjølv med kun fire basar, kan sekvensen innehalde veldig mange kombinasjonar. Rekkjefølgja til aminosyrene, som igjen blir til eit protein, som igjen bygger opp kroppen, blir altså bestemt av sekvensen til dei fire ulike trappetrinna i DNAet.

Vitskaplige framskritt blir ofte inspirert av løysingar naturen har funne på lenge før oss.
Vassavstøytande klede etterliknar lotusblomen, borrelåsen er inspirert av frø frå borreplanta og gekkoen er eit stort forbilde når det gjeld å komme seg opp vertikale flater. Det geniale DNA-molekylet er òg til stor inspirasjon av mange grunnar. Etter å ha blitt testa og utvikla av naturen i millionar av år, er det eit trygt kort å satse på. Det er ikkje berre dei genetiske eigenskapane som er interessante, men òg dei mekaniske. Det er stabilt, me forstår relativt godt korleis det bitt seg og korleis det påverkar forma. Kan me bruke det som legokloss?

Bind meg ein blomekrans

Daisy_chain
I mars i år kom det ut ein publikasjon frå tyske forskarar som hadde leika seg med avansert legobygging. Ein grunnleggjande eigenskap for at ei maskin skal fungere er at den har delar som kontrollert flyttar seg relativt til kvarandre. Dette får ein til dømes ved å ha ein ring på ein aksling med stopparar på endande så ringen ikkje glir av, som vist på bildet under. Dette har forskarane frå universitetet i Bonn gjort med DNA som byggemateriale. I tillegg har dei kombinert to einingar ved å la midtringen på ein aksling vere stoppering på enden av ein anna aksling, dette kan lage ei kjede basert på same prinsipp som blomekransen.

Strukturen blir kalla DNA rotaxane. Famulok/Uni Bonn

Strukturen blir kalla DNA rotaxane. Famulok/Uni Bonn

Korleis i alle dagar har dei fått til det? Som sagt tidlegare, kan ein base (halve trappetrinnet i spiraltrappa) kun bitte seg til ein bestemt anna base. Dei fjerna halve DNA-tråden i midten av ein aksling og på kanten av ein ring, med den spesifikke koden som gjer at dei to halvdelane passar til kvarandre. Når dei to delane kom i kontakt med kvarandre, limer dei seg saman. Etter det modifiserte dei med små DNA-sekvensar som gjer at ringen ikkje lenger er limt fast til akslingen, men kan flytte seg fritt på den.

DNA har óg nyleg blitt brukt til å lage verdas minste diode, den består av kun 11 basepar. Ein diode er ein elektrisk komponent som leiar elektrisitet berre i ein retning, ein slags ventil for straum. Dei fleste er nok kjent med lysdioden, som kun sender ut lys i ei bølgjelengd (i motsetning til vanlege lyspærer) og er veldig energieffektiv. For å gjere DNA-spiralen elektrisk leiande, sette forskarane inn eit spesielt molekyl, coralyne, inni spiralen. Då viste det seg at DNA-segmentet leia straum 15 gonger betre i eine retningen enn den andre.

Å tenkje utanfor boksen

DNA-origami er ei forskingsgrein som fyrst høyres litt tullete ut, men som byr på mykje større moglegheitar enn vanleg papirbretting. Me har allereie sett at ein kan bitte saman ulike DNA-deler dersom ein har dei rette DNA-sekvensane. Sånn sett er det meir snakk om «klipp og lim» enn origami. (Men det høyres ikkje så kult ut). I Aarhus har forskarar mellom anna utvikla ein DNA-boks som kan opne og lukke seg etter signal frå små DNA-fragment, og boksen er stor nok (dvs rundt 30 nm..) til å innehalde virus eller enzym. Grunna stabil opne og lukke-mekanisme kan dette tenkjast å bli brukt som logisk krets, som sensor og til å levere medisin i kroppen (drug delivery). Universitetet i Aarhus har ei samleside om DNA-boksen, i tillegg finn du andre prosjekt dei har innan DNA-nanoteknologi. Dersom du vil vite endå meir, kan du lese meir i Nature Materials om utviklinga av DNA-origami dei siste ti åra.

Dette er berre ein bitteliten smakebit av kva me får til å lage av DNA og potensialet er enormt. Sjølv om det er både kult og imponerande, er det lite samanlikna med DNA og kompleksiteten i naturen. Sånn sett er forskinga kun på barnestadiet, flaks at det er artig å leike med lego.

 

Framsidebilde: Ebbe Sloth Andersen, Universitetet i Aarhus

Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedinmailby feather
 


Marit Kjærvik

Om

Eg synes linken mellom teori og anvendelse er veldig spennande, og ser på det som ein god utfordring å formidle dette. For smallPrint skriv eg gjerne om samfunnsrelevante og aktuelle tema knytta til nanoteknologi. Elles syns eg det er spesielt motiverande å skrive om teknologi som allerede er testa ut og som fungerer. Eg er utdanna nanoteknolog, og det kommande året er eg ansatt av GenØk- senter for biosikkerheit, der eg skal jobbe som forskar ved North West University i Sør-Afrika.


'Med DNA som legokloss' har ingen kommentarer

Vær den første til å kommentere dette innlegget

Del dine tanker

Your email address will not be published.

© smallPrint A.S. All right reserved. Page based on Old Paper by ThunderThemes.net