Winzige „Töpferwaren“-Gegenstände wurden aus DNA zusammengesetzt. Schauen Sie, was die Genetiker getan haben

Forscher der Duke University und der Arizona State University haben ein Programm entwickelt, das

verwandelt Zeichnungen oder digitale Modelle in abgerundete Formenformt sich zu dreidimensionalen Strukturen aus DNA. Jedes winzige hohle Objekt hat einen Durchmesser von nicht mehr als einem Millionstel Zentimeter. Die Technologie wird nützlich sein, um winzige Behälter für die Medikamentenverabreichung oder Formen zum Gießen von Metallnanopartikeln für Solarzellen und medizinische Geräte herzustellen.

Es gibt vier "Buchstaben" im genetischen Code, oderstickstoffhaltige Basen (Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin), die sich in unseren Zellen auf vorhersagbare Weise verbinden, um die DNA-Sequenz zu bilden. Die Forscher nutzten die Verbindungsmuster zwischen den Elementen dieses „Alphabets“, um die Fäden so zu „programmieren“, dass sie sich in verschiedene Formen falten.

Modellierungsergebnisse (oben) und fertige Produkte unter dem Mikroskop (unten). Bild: Arizona State University

Als Ergebnis der Simulation wählt der Computer aus,wie man die Zeichnung eines Benutzers in eine Sequenz aus einem oder mehreren einzelsträngigen DNA-Fragmenten umwandelt. Es kann Tausende von Basen erreichen und wird von mehreren hundert kurzen DNA-Strängen gebildet, die an komplementäre Sequenzen an langen Ketten binden und sich zur „Produktion“ zusammenfügen.

Zum Beispiel, wenn Sie einem Computer eine Zeichnung anbietenein Objekt, das einem Pilz ähnelt, generiert das Programm eine Liste von DNA-Strängen, die sich unabhängig voneinander in der richtigen Konfiguration zusammensetzen müssen. Dann reicht es aus, die Fäden in der richtigen Reihenfolge zu synthetisieren, sie in ein Reagenzglas zu geben, und alles andere passiert von selbst. Wenn die DNA-Mischung erhitzt und gekühlt wird, faltet sie sich in nur 12 Stunden zu fertigen Produkten, erklären die Autoren.

Der Prozess des Modellierens und Zusammenbaus von Molekülen. Bild: Daniel Fu et al., Science Advances

Forscher experimentieren mit DNA alsBaumaterial seit den 1980er Jahren. Die ersten dreidimensionalen Figuren waren einfache Würfel, Pyramiden, Fußbälle – geometrische Figuren mit rauen und blockartigen Oberflächen. Aber die Gestaltung von Strukturen mit gekrümmten Oberflächen, die denen in der Natur ähnlicher sind, war eine Herausforderung, erklären die Wissenschaftler. Dies erfordert oft das Durchlaufen vieler Optionen, um die gewünschte Form zu erreichen. Ein von Genetikern bereitgestelltes Open-Source-Programm löst dieses Problem.

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