Maßgeschneiderte Biologie ohne lebende Zellen


Von der Herstellung maßgeschneiderter lebender Zellen mit bestimmten biologischen Funktionalitäten ist derzeit oft die Rede. Aber Fachkreise diskutieren seit Jahren auch einen alternativen Konstruktionsansatz für funktionale Nanosysteme. Dabei sollen in einem Rasterkraftmikroskop (AFM) biologische Strukturen aus einzelnen Molekülen Stück für Stück zusammengesetzt werden - verwirklicht wurde diese Idee bisher aber nicht.

Dabei ist das Grundprinzip zum gezielten Positionieren von Molekülen mittels AFM auf den ersten Blick recht einfach. Man steuert die AFM-Spitze wie einen Kran zu einer Depotfläche und nimmt ein einzelnes Molekül auf. Jetzt muss die Spitze nur noch zu einer Montagefläche bewegt werden, wo man das Molekül wieder absetzen will. Aber genau da tritt ein Problem auf: Es gab bisher bei keinem der in Frage kommenden Greif-Mechanismen eine Möglichkeit zur Trennung des Moleküls von der AFM-Spitze, denn die anziehende Kraft lässt sich nicht einfach abschalten.

Dieses als "Sticky Fingers", auf deutsch "klebrige Finger", bezeichnete Problem galt bisher als grundlegendes Hindernis für die Umsetzung einer Molekül-Baukasten-Technik mittels AFM. Stefan Kufer und seine Kollegen aus der Arbeitsgruppe von Professor Hermann Gaub, Lehrstuhl für Experimentelle Physik-Biophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München haben nun eine Lösung gefunden.

Zur Aufnahme des zu versetzenden Moleküls sitzt an seiner Oberseite ein DNA-Abschnitt als eine Art Haken. Ein komplementäres DNA-Stück befindet sich an der Spitze des AFM. Aber auch an der Unterseite wird das Molekül mit einem DNA-Stück verbunden. Und ebenfalls auf der Montage-Fläche, auf der das Molekül abgesetzt werden soll, befinden sich ähnlich wie an der AFM-Spitze DNA-Gegenstücke. Diese binden aber stärker aneinander als die an der Spitze. Wird die Spitze nach dem Absetzen des Moleküls nun nach oben gezogen, so bleibt es auf der Montagefläche haften, löst sich aber von der AFM-Spitze. Die unterschiedlichen Bindungsstärken der DNA-Verbindungen lassen sich durch eine geschickte Wahl der DNA-Längen und der geometrischen Anordnung einstellen.

COMPAMED.de; Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München