Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2010

Funktionalisierung von DNA Origami Structuren

Prof. Dr. Tim Liedl
Ludwig-Maximilians-Universität München
Fakultät für Physik - Experimentalphysik - CeNS

Prof. Dr. Deborah Fygenson
University of California, Santa Barbara
Department of Physics

Wir arbeiten an der Entwicklung von funktionalen DNA Strukturen, hergestellt über die DNA Origami Methode. Diese Strukturen werden einen neuen Zugang in der Entwicklung von Werkzeugen für Zell- und Molekularbiologie eröffnen. Unser besonderes Interesse gilt den mechanischen Aspekten im Transport von Objekten von außerhalb einer Zelle ins Endosom oder Zytoplasma. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse ist notwendig, um den viel versprechenden Fortschritt in gezielter Pharmakadeposition weiter zu beschleunigen. Aus diesem Grund arbeiten wir an künstlich ummantelten Nanostrukturen, die mechanische Verformungen während des endozytotischen Prozesses in ein optisches Signal umwandeln .Um kostengünstige und effiziente optische Detektion zu ermöglichen, werden wir fluoreszierende DNA-Silber Cluster nutzen, die präzise an DNA Origami Strukturen positioniert werden können.

Abschlussbericht
Unser Kollaborations-Projekt “Funktionalisierung von DNA Origami Strukturen” wurde 2010 und 2011 durch BaCaTec finanziert. Das Ziel war Strategien zur Anbindung von funktionellen Elementen an DNA Strukturen zu entwickeln und ein besseres Verständnis für deren mechanischen Eigenschaften zu gewinnen.

Dafür wurde die Persistenzlänge von DNA Nanotubes mit definiertem Umfang mittels zeitaufgelöster Fluoreszenz-Mikroskopie gemessen. Die gemessene Persistenzlänge lässt sich durch ein mechanisches Modell beschreiben, in dem jede DNA-Doppelhelix wie ein elastischer Zylinder behandelt wird.

Zudem wurde eine Methode entwickelt um gezielt Gold Nanopartikel (AuNP) an DNA Nanotubes anzubringen. Die Position der AuNP relativ zur Achse der DNA Nanotubes wurde mittels Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (TEM) bestimmt und genutzt um die Torsionssteifigkeit abzuschätzen. Dieser Ansatz zeigte, dass die Torsionssteifigkeit sehr viel kleiner als die Biege Steifigkeit ist. In unserem mechanischem Modell lässt sich dieses Verhalten nur wiedergeben, wenn neben der Elastizität der doppelsträngigen DNA auch die Elastizität der DNA „Cross-Over“ berücksichtigt wird.

Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich in ACS Nano veröffentlicht:

Schiffels, D., Liedl, T., Fygenson, D.K. (2013). Nanoscale Structure and Microscale Stiffness of DNA Nanotubes

Dieses Projekt hat stark von dem sich ergänzenden Hintergrundwissen der beteiligten Forscher von LMU und UCSB profitiert. Verbindungen, die während dieser Kollaboration entstanden haben zur Förderung einer Wolfgang-Hillen-Sommerschule und einem damit verbundenen Doktorandenaustausch (Junior Nanotech Network – JNN) zwischen den beiden Universitäten im Jahr 2012 beigetragen.