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Posted in | Bionanotechnology

DNS-Nanotechnologie-HilfsKonstrukt-Synthetische Membran-Kanäle

Published on November 21, 2012 at 2:30 AM

Wie in der Zapfen Wissenschaft, haben Physiker beim Technische Universitaet Muenchen (TUM) berichtet und University of Michigan gezeigt, dass synthetische Membrankanäle durch „DNS-Nanotechnologie konstruiert werden können.“ Diese Technik setzt DNS-Moleküle wie die programmierbaren Baumaterialien für kundenspezifisches ein und, Nmschuppe Zellen selbst-zusammenbaut.

Dieser 3-D Druck zeigt die Zelle eines synthetischen Membranfunktionellkanals, der durch DNS-Nanotechnologie - d.h., unter Verwendung DNS-Moleküle als programmierbare Baumaterialien für kundenspezifische, selbst-zusammenbauende Nmschuppe Zellen konstruiert wird. Dieser DNS-basierte Membrankanal besteht aus einem nadelartigen Stamm 42 nm lang mit einem Innendurchmesser von gerade zwei nm, teils umhüllt durch eine zylinderförmige Schutzkappe. Ein Ring von Cholesteringeräten um den Rand der Schutzkappe hilft der Einheit „Dock“ zu einer Lipidmembran, während der Stamm durch ihn haftet und bildet einen Kanal, der zum Benehmen wie einem biologischen Ionenkanal fähig aussieht. Die Einheit wird durch 54 doppel-schraubenartige DNS-Gebiete auf einem Bienenwabengitter gebildet. (Kredit: Dietz-Labor, TU Muenchen; Copyright TU Muenchen)

Die Forscher stellen Beweis dar, dass ihre Natur-inspirierten nanostructures möglicherweise sich auch wie biologische Ionenkanäle benehmen. Ihre Ergebnisse konnten einen Schritt in Richtung zu den Anwendungen von synthetischen Membrankanälen als molekulare Fühler, antibiotische Agenzien und Treiber von neuen nanodevices markieren.

In den letzten drei Jahrzehnten haben Forscher DNS-Nanotechnologie von einer faszinierenden Idee zu einer auftauchenden Technologie, mit einem Werkzeugkasten Methoden und einem Effektenbestand von Nmschuppe Nachrichten vorangebracht, die konstruiert werden, um sein Potenzial zu demonstrieren. Was hier neu ist, ist der Anspruch, den DNS-nanotech verwendet werden kann, um eins der weitestverbreiteten und wichtigsten nanomachines in der Natur nachzuahmen.

Um weg von den Inneren von Zellen von der Außenwelt zu ummauern, verwenden Organismen in allen drei Gebieten des Lebens die gleiche Art der Sperre: eine undurchlässige Membran hergestellt von zwei Schichten Lipidmolekülen. Solche Membranen können innerhalb der Zellen auch gefunden werden, zum Beispiel den Kern einkapseln, und viele Arten Viren sogar umgeben. Und zwischen den verschiedenen Umgebungen dieser Universalsperre auf jeder Seite zu vermitteln, liefert Natur ein geläufiges Baumuster Durchgang. Membrankanäle sind die Gefäß ähnlichen Zellen, die von den Proteinen gemacht werden, die die Sperren durchbohren und den bidirektionalen Austausch des Materials und der Informationen zwischen dem Innere und der Außenseite regeln. Jetzt haben Forscher den ersten künstlichen Membrankanal demonstriert, der völlig von DNS hergestellt wird, und seine Eigenschaften schlagen einige mögliche Anwendungen vor. „Wenn Sie zum Beispiel etwas in eine Zelle einspritzen möchten, müssen Sie eine Methode finden, ein Loch in die Zellmembran zu lochen, und diese Einheit kann die tun, mindestens mit den vorbildlichen Zellmembranen,“ sagt TUM Prof Hendrik Dietz, ein Gegenstück des TUM Instituts für Fortgeschrittene Studien.

In einer Form, die durch ein natürliches Kanalprotein angespornt wird, besteht der DNS-basierte Membrankanal aus einem nadelartigen Stamm 42 nm lang mit einem Innendurchmesser von gerade zwei nm, teils umhüllt durch eine zylinderförmige Schutzkappe. Ein Ring von Cholesteringeräten um den Rand der Schutzkappe hilft der Einheit „Dock“ zu einer Lipidmembran, während der Stamm durch ihn haftet und bildet einen Kanal, der scheint, wie die wahre Sache zu arbeiten. TUM Professor Friedrich Simmel, Mitkoordinator der Nanosystems-Initiative München Cluster der Hervorragenden Leistung, erklärt: „Wir haben nicht dieses noch mit lebenden Zellen geprüft, aber Experimente mit den Lipidbäschen zeigen, dass unsere synthetische Einheit bindet an eine bilayer Lipidmembran in der rechten Orientierung, damit der Stamm die Membran eindringt und an der Oberfläche anhält und bildet eine Pore.“

Weitere Experimente zeigten, dass die resultierenden Poren haben die elektrische Leitfähigkeit, die mit der einer natürlichen Zellwand mit Ionenkanälen, vorschlagend vergleichbar ist, dass sie in der Lage wären, wie Spannung-kontrollierte Tore zu wirken möglicherweise. Die Ergebnisse schlagen auch vor, dass Transmembranestrom justiert werden könnte, indem man fein strukturelle Details der synthetischen Kanäle einstellte. Um eine mögliche Anwendung der DNS-nanotech Einheiten zu prüfen, verwendeten die Forscher sie als „nanopores“ für einige verschiedene molekulare ermittlende Experimente. Diese bestätigten, dass es möglich ist, indem man Änderungen in den elektrischen Eigenschaften beobachtet, um die Durchführung von einzelnen Molekülen durch die synthetischen Membrankanäle aufzuzeichnen, die von DNS hergestellt werden. Weil dieser Anflug das geometrische und chemische Herstellen der Membrankanäle erlaubt, böte möglicherweise er Vorteile über zwei anderen Familien von molekularen Fühlern an, basiert auf den biologischen und Festkörper-nanopores beziehungsweise.

Andere denkbare Anwendungen bleiben nachgeforscht zu werden. Ein Begriff ist, den Vorgang von Viren oder von Bakterien nachzuahmen und bricht durch die Zellwände von gerichteten Bakterien, um sie zu beenden. In der Gentherapie würden synthetische Membrankanäle möglicherweise als Nano-nadeln verwendet, um Material in Zellen einzuspritzen. Solche Kanäle konnten in den Grundstudien des Zellstoffwechsels auch verwendet werden. Eine Andere Idee ist, das so genannte Ionenmagnetfeld vorzuspannen - das in den Zellmembranbewegungen materiell herein und heraus durch den Kanal - hoch entwickelte nanodevices zu treiben spornte durch andere natürliche Vorrichtungen an. „Wir wären möglicherweise in der Lage, natürliche Ionenpumpen, Transportproteine nachzuahmen, und Drehmotoren wie das Enzym verantwortlich für die Synthetisierung von ATP,“ sagt Dietz. „Ich liebe diese Idee. Das ist, was mich hält ausgeführt zu werden.“

Quelle: http://www.tum.de

Last Update: 21. November 2012 03:26

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