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2024-09-16T14:44:52Z

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[[Datei:DNA Origami Triangular.png|mini|[[Rastersondenmikroskopie|Rastersondenmikroskopisches]] Bild eines dreieckigen DNA-Origamis]]
Als '''DNA-Origami''' bezeichnet man in der [[Biochemie]] und [[Biophysik]] das Falten von [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]], um beliebige zwei- und dreidimensionale Formen auf der [[Nanometer|Nanoskala]] zu erzeugen.

== Prinzip ==
In dem von Paul Rothemund am [[California Institute of Technology]] entwickelten Prozess des {{lang|en|''scaffolded DNA origami''}} wird ein langer Einzelstrang meist [[Viren|viraler]] DNA verwendet, der {{lang|en|''scaffold strand''}} (Gerüst-Strang). Mit Hilfe vieler kürzerer DNA-Einzelstränge, den {{lang|en|''staple strands''}} (Heft-Strang), die jeweils an zwei Stellen des {{lang|en|''scaffold strands''}} binden, wird der {{lang|en|''scaffold strand''}} gefaltet, um die gewünschte Form anzunähern.<ref>Paul W. K. Rothemund: ''Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.'' In: [[Nature]] 440 (7082): 297–302. {{DOI|10.1038/nature04586}}. PMID 16541064. (2006).</ref> Durch das Verbinden von Gerüst-Strängen mit mehreren kurzen Heft-Strängen entsteht gezielt eine dreidimensionale Struktur.

Grundlage der Methode ist, dass aufgrund der [[Basenpaarung]] zueinander passende (revers komplementäre) Sequenzen von [[Nukleotid]]en dank der spezifischen Bindung zwischen [[Basenpaar|komplementären Basen]] miteinander [[Hybridisierung (Molekularbiologie)|hybridisieren]], was für eine [[Selbstassemblierung]] verwendet werden kann. Ein {{lang|en|''staple strand''}} etwa, dessen zwei Hälften komplementär zu zwei Abschnitten des {{lang|en|''scaffold strands''}} sind, bindet mit jeder seiner Hälften an den jeweiligen Abschnitt des {{lang|en|''scaffold strands''}}. Hierzu muss sich das lange DNA-Molekül falten, da beide Abschnitte nun durch den {{lang|en|''staple strand''}} „zusammengeheftet“ werden.

Die [[Basensequenz]] der Viren-DNA (des {{lang|en|''scaffold strand''}}) ist bekannt. Es werden [[Oligonukleotid]]e (die {{lang|en|''staple strands''}}) entworfen und synthetisiert, die den {{lang|en|''scaffold strand''}} möglichst geschickt in der gewünschten Form halten. Üblicherweise wird die Viren-DNA zeilenweise in ein Raster gefaltet, das die Form annähert. Werden {{lang|en|''scaffold strands''}} mit {{lang|en|''staple strands''}} unter geeigneten Bedingungen gemischt und erhitzt, bilden sich die beabsichtigten Figuren ohne lenkende Einwirkung von außen. Aus diesem Grund wird diese Methode als selbstorganisierend ({{lang|en|''self-assembling''}}) bezeichnet. Verschiedenste zweidimensionale Formen, darunter Landkarten, Sterne und Smileys, sowie dreidimensionale Strukturen, etwa Tetraeder, wurden bereits erzeugt.

Die Vorteile dieser Methode sind die relative Einfachheit, hohe Ausbeute und geringen Kosten. Viele mögliche Anwendungen wurden in der Literatur vorgeschlagen, darunter Hülsen für den Wirkstofftransport, Positionierung von Nanopartikeln und Herstellung von Auflösungslinealen für die Lichtmikroskopie (sogenannte [[Nanometerlineal]]e).<ref name="natuermeth">J. J. Schmied, A. Gietl, P. Holzmeister, C. Forthmann, C. Steinhauer, T. Dammeyer, P. Tinnefeld: ''Fluorescence and super-resolution standards based on DNA origami.'' In: ''Nature methods.'' Band 9, Nummer 12, Dezember 2012, S. 1133–1134, {{DOI|10.1038/nmeth.2254}}. PMID 23223165.</ref> DNA-Origami wird unter anderem zur Herstellung von [[DNA-Maschine]]n verwendet.

Da die Basenpaarung eine relativ hohe Bindungsenergie aufweist und sich erst bei Temperaturen über 90 °C auflöst, werden für temporäre Verbindungen (z. B. bei beweglichen Teilen einer DNA-Maschine) andere intramolekulare Anziehungs- und Abstoßungskräfte wie die Basenstapelung verwendet, die durch geringere Temperaturänderungen oder durch Zugabe von Kationen gesteuert werden können.<ref name="DOI10.1126/science.aaa5372">T. Gerling, K. F. Wagenbauer, A. M. Neuner, H. Dietz: ''Dynamic DNA devices and assemblies formed by shape-complementary, non-base pairing 3D components.'' In: ''Science.'' 347, 2015, S. 1446, {{DOI|10.1126/science.aaa5372}}.</ref>

== Geschichte ==
Die erste Verwendung von DNA zur Erzeugung von Strukturen wurde 1991 durch [[Nadrian C. Seeman]] beschrieben,<ref>J. H. Chen, N. C. Seeman: ''Synthesis from DNA of a molecule with the connectivity of a cube.'' In: ''Nature.'' Band 350, Nummer 6319, April 1991, S. 631–633, {{DOI|10.1038/350631a0}}. PMID 2017259.</ref> mit dem Ziel, ein Gerüst zur Anheftung von Biomolekülen in regelmäßigen Abständen zu erzeugen, um nicht-kristallisierbare Biomoleküle besser per [[Röntgen-Strukturanalyse]] untersuchen zu können.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=1178162826}}

{{SORTIERUNG:DNAOrigami}}
[[Kategorie:Biophysikalische Methode]]
[[Kategorie:Nanotechnologie]]
[[Kategorie:Nukleinsäure-Methode]]
[[Kategorie:Makromolekulare Chemie]]

DNA-Origami - Versionsgeschichte

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