Lupaava uutinen biolääketieteelle: DNA-origamit ovat luultua kestävämpiä

Tuore tutkimus osoittaa, että vaikka DNA-origamirakenteet vaativat muodostuakseen korkean magnesiumpitoisuuden, ne pystyvät toimimaan myös ihmiskehon suolapitoisuuksissa.

DNA-origamirakenteet (vihreät kolmiot) säilyttävät muotonsa ja ominaisuutensa vaikka Mg-pitoisuutta lasketaan voimakkaasti origamin valmistusolosuhteisiin nähden. Kuva: Boxuan Shen ja Veikko Linko

DNA:ta laskostamalla voidaan valmistaa nanokokoisia ja samalla äärimmäisen monimutkaisia rakenteita. Synteettisiä DNA-juosteita ja viruksen DNA:ta hyödyntävästä valmistusmenetelmästä on tullut suosittu biofysiikassa ja molekyylibiologiassa, ja DNA-origameista on kaavailtu myös tulevaisuuden tehokkaita ja tarkkoja lääkekuljettimia.  Tähän asti  ongelmana on pidetty sitä, että rakenne kestää huonosti alhaista magnesiumpitoisuutta. Nyt Aalto-yliopiston ja saksalaisen Paderbornin yliopiston tutkijat ovat kuitenkin osoittaneet, että vaikka DNA-origamit vaativat muodostuakseen paljon magnesiumia, ne pystyvät tämän jälkeen toimimaan normaaleissa fysiologisissa olosuhteissa. 

”DNA-origami vaatii syntyäkseen positiivisia magnesium-ioneita, jotta negatiivisesti varautuneiden DNA-molekyylien välinen sähköinen hylkiminen vähenisi. Valmistukseen tarvittava Mg-pitoisuus on tyypillisesti 10–30-kertainen normaaleihin fysiologisiin olosuhteisiin nähden, eivätkä lääketieteelliset sovellukset ole yhteensopivia niin korkean pitoisuuden kanssa. Toisaalta esimerkiksi soluviljelypuskureissa matalan Mg-pitoisuuden on raportoitu olevan yksi kriittisimmistä parametreistä origamien kestävyyden kannalta”; kertoo Aalto-yliopiston dosentti Veikko Linko, joka johti tutkimusta yhdessä Paderbornin yliopiston tutkijan Adrian Kellerin kanssa.

Puskuri on liuos, jonka pH ei merkittävästi muutu happoa tai emästä siihen lisättäessä tai sitä laimennettaessa. Tutkijat testasivat, miten yksi-, kaksi- ja kolmiulotteiset DNA-origamit kestivät korkean magnesiumpitoisuuden puskuriliuoksen vaihtamisen matalan pitoisuuden liuoksiin, kuten ionivaihdettuun veteen, Tris-emästä sisältäviin puskureihin sekä natrium- ja kaliumfosfaattipuskureihin. Tris on yleinen puskurikomponentti, jota käytetään usein molekyylibiologiassa esimerkiksi DNA:ta ja proteiineja sisältävien liuosten puskurointiin.

“Havaitsimme melko yllättäen, että pelkkä Tris ja vesi toimivat matalilla Mg-pitoisuuksilla kaikkien DNA-origamirakenteiden kanssa –  alle tuhannesosalla magnesiumin määrästä, jonka muut tutkimusryhmät ovat aiemmin raportoineet. Selitys lienee siinä, että vaikka puskurinvaihtomenetelmämme poistaa tehokkaasti kaikki vapaat ionit liuoksesta, se ei poista aivan kaikkea magnesiumia itse DNA-rakenteesta”, Linko sanoo. 

Myös riittävästi natrium- ja kalium-ioneita sisältävät fosfaattipohjaiset puskurit osoittautuivat toimiviksi. DNA-origamin kestävyyteen vaikuttaa myös se, miten DNA-juosteet on pakattu rakenteeseen.

Lingon mukaan uudet tulokset osoittavat, että korkea Mg-pitoisuus ei ole välttämätön rakenteiden kestävyyden kannalta. DNA-origamit voivat sietää matalaa Mg-pitoisuutta pitkiäkin aikoja, kun puskurin komponentit on valittu oikein ja rakenteiden vaatimukset huomioitu.

“Voimme säilyttää rakenteita matalissa Mg-olosuhteissa viikkoja tai kuukausia näkemättä minkäänlaisia hajoamisen merkkejä. Nämä mielenkiintoiset havainnot voivat mahdollistaa sovelluksia, joita ei aiemmin osattu ajatellakaan”, Linko uskoo.

Tulokset on julkaistu Angewandte Chemie International Edition –lehdessä ja julkaisu on valittu lehden ns. ”Hot Paper”-artikkeliksi.

“On the Stability of DNA Origami Nanostructures in Low-Magnesium Buffers”
Angewandte Chemie International Edition 2018
DOI: 10.1002/acie.201802890

http://dx.doi.org/10.1002/acie.201802890

Tutkimusta ovat rahoittaneet Suomen Akatemia, Jane ja Aatos Erkon säätiö, Sigrid Juséliuksen säätiö sekä Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Lisätietoja:

Dosentti Veikko Linko

Biohybridimateriaalit, Aalto-yliopisto, Kemian tekniikan korkeakoulu
puh. 045 673 9997
[email protected]

 

 

Lisää tästä aiheesta

Kuva: Tuomas Uusheimo.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopisto isännöi EURO2022-konferenssin noin 2500 operaatiotutkijalle

Kesän 2022 konferenssin järjestää Suomen operaatiotutkimusseura yhteistyössä Aalto-yliopiston operaatiotutkimuskeskuksen (ACOR) sekä Aalto-yliopiston matematiikan ja systeemianalyysin ja tieto- ja palvelujohtamisen laitosten kanssa.
Falling Walls
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Voita matka Berliinin Falling Walls –pitchauskilpailuun

Suomen kilpailu järjestetään Design Factorylla Otaniemessä 19. syyskuuta. Ilmoittaudu mukaan 5. syyskuuta mennessä.
Nanocellulose bicycle Photo: Eeva Suorlahti
Yhteistyö, Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tulevaisuuden kestäviä elämäntapoja esillä Otaniemessä

Yksi Helsinki Design Weekin päätapahtumista, Designs for a Cooler Planet, esittelee Aalto-yliopiston monialaisia tulevaisuuden ratkaisuja, kuten nanoselluloosapolkupyörän, mikrobikuulokkeet ja Ioncell-vaatteita.
Matias Palva. Kuva: Mikko Raskinen.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aivosignaalianalytiikan professori Matias Palva tutkii ihmismielen mekanismeja ja aivosairauksia

Täsmähoitojen kehittämiseksi on tärkeää ymmärtää aivomekanismeja sairauksien takana.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu