Mit DNA Origami liefern diese Wissenschaftler die beste Verpackung für Virusprotein

Jul 31, 2023

Gesundheit - „DNA-Origami“-Strukturen sind nur einige zehn Nanometer groß und bestehen vollständig aus DNA. An sie können sich Virusproteine ​​anlagern.

Um Medikamente richtig im Körper zu transportieren, braucht es eine gute Verpackung. Die Proteinhüllen von Viren können das, aber die genetischen Eigenschaften des Virus bestimmen hauptsächlich ihre Form. Aus diesem Grund haben Forscher Techniken entwickelt, um die Form und Größe dieser Nanopakete so zu steuern, dass sie die gewünschte Form erhalten. Mit anderen Worten: Eine Art Origami mit DNA.

Die Hightech-Basteln wurden gemeinsam an der Aalto-Universität (Finnland) mit Forschern der Universität Helsinki (Finnland), der Griffith University (Australien), der Tampere University (Finnland) und der Universität Twente (Niederlande) durchgeführt. Den Forschern gelang es, die Proteinhüllen von Pflanzenviren in verschiedene Formen umzuprogrammieren. Sie falteten DNA im Nanomaßstab und dienten als Form, um die sich die Proteinhüllen bildeten. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology.

Die Forscher verwendeten „DNA-Origami“-Strukturen. Diese Strukturen sind nur zehn bis hundert Nanometer groß und bestehen vollständig aus DNA. Indem Sie die DNA präzise in die gewünschte Form falten, erstellen Sie eine Vorlage, an die sich Virusproteine ​​anlagern können. „Es ist wie echtes Origami, bei dem man aus flachem Papier faszinierende 3D-Strukturen schafft. Nur hier machen wir es mit fester DNA“, erklärte Jeroen Cornelissen von UTwente.

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Die Virusproteine ​​wurden letztlich viel flexibler als bisher angenommen. „Es ist uns gelungen, verschiedene Strukturen mit einer Proteinhülle herzustellen: gerade Röhren, aber auch einen Donut zum Beispiel. Letztere hat eine fast entgegengesetzte Form zur kugelförmigen Struktur, die der Proteinmantel normalerweise hat“, sagte Cornelissen. Es ist eine einfache, aber sehr effektive Strategie, den Virusproteinen unterschiedliche Formen zu geben.

Mithilfe der kryogenen Elektronenmikroskopie konnten die Forscher die Entstehung der Nanostrukturen bis auf die Ebene einzelner Moleküle sehr genau visualisieren. Bei rund -200 Grad Celsius gelang es ihnen, kleinste Veränderungen zu messen. Dies ist das erste Mal, dass hochgeordnete Proteine ​​auf diese Weise abgebildet werden.

Die Forscher sehen großes Potenzial in der Technik. „Unser Ansatz ist flexibel und nicht auf eine Proteinart beschränkt, wie wir anhand von Proteinen von vier verschiedenen Viren zeigen“, fügt Aalto-Professor Mauri Kostiainen hinzu. „Darüber hinaus können wir die Vorlagen für weitere Anwendungen anpassen, indem wir beispielsweise RNA in das Origami integrieren. Nützliche oder ortsspezifische Proteine ​​können sich für noch komplexere Formen und Eigenschaften an die RNA anlagern.“