En lille robot konstrueret helt af DNA

En lille robot er konstrueret helt af DNA af videnskabsmænd fra Inserm, CNRS og Université de Montpellier på Structural Biology Center i Montpellier. Nano-robotten kan føre til en nærmere undersøgelse af de mekaniske kræfter, der påvirker på mikroskopisk niveau, som er vigtige for forskellige biologiske og patologiske processer.

Studiet blev offentliggjort i Nature Communications.

Cellemechanosensitivitet

Vore celler er udsat for mekaniske kræfter, der påvirker på mikroskopisk niveau, og disse kræfter udløser biologiske signaler, der er essentielle for mange celleprocesser, der er ansvarlige for den normale funktion af vores krop eller udviklingen af visse sygdomme.

Dysfunktion af cellemechanosensitivitet er involveret i forskellige sygdomme, hvor de berørte celler migrerer inden for kroppen ved at omgive og tilpasse sig de mekaniske egenskaber af deres mikromiljø. Denne tilpasning er kun mulig, fordi bestemte kræfter detekteres af mekanoreceptorer, der transmitterer informationen til cellecytoskelettet.

Vor nuværende viden om de molekylære mekanismer, der er involveret i cellemechanosensitivitet, er meget begrænset, så forskningsteamet ledet af Inserm-forsker Gaëtan Bellot på Structural Biology Center (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) besluttede at bruge en alternativ metode kaldet DNA-origami-metoden.

DNA-Origami-Metoden

DNA-origami-metoden muliggør selvsamlingen af 3D-nanostrukturer i en foruddefineret form ved brug af DNA-molekylet som byggemateriale. Teknikken har været ansvarlig for store fremskridt inden for nanoteknologien.

Teamet brugte metoden til at designe en “nano-robot”, der består af tre DNA-origami-strukturer. Den er kompatibel med størrelsen af en menneskelig celle, og for første gang muliggør den, at man kan anvende og kontrollere en kraft med en opløsning på 1 piconewton, hvilket svarer til en billiondel af en Newton. En Newton kan sammenlignes med kraften af en finger, der klikker på en pen.

Den nye udvikling er den første gang, at et menneskeskabt og selvsamlet DNA-baseret objekt kan anvende kraft med denne niveau af præcision.

Teamet koblinger robotten med et molekyle, der genkender en mekanoreceptor, hvilket gjorde det muligt at dirigere robotten til visse af vores celler. De kunne også specifikt anvende kræfter på målrettede mekanoreceptorer, der er lokaliseret på overfladen af cellerne for at aktivere dem.

Værktøjet kan vise sig at være meget værdifuldt for grundlæggende forskning. Det kan hjælpe eksperter med at forstå de molekylære mekanismer, der er involveret i cellemechanosensitivitet, samt føre til opdagelsen af nye celle-receptorer, der er følsomme over for mekaniske kræfter.

“Designet af en robot, der muliggør anvendelsen af piconewton-kræfter in vitro og in vivo, opfylder en voksende efterspørgsel i det videnskabelige samfund og repræsenterer en større teknologisk fremgang. Men biokompatibiliteten af robotten kan både være en fordel for in vivo-anvendelser, men kan også repræsentere en svaghed med følsomhed over for enzymer, der kan nedbryde DNA. Så vores næste skridt vil være at studere, hvordan vi kan modificere overfladen af robotten, så den er mindre følsom over for enzymernes virkning. Vi vil også prøve at finde andre aktiveringsmetoder for vores robot ved hjælp af f.eks. et magnetfelt,” siger Bellot.