Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Forskere bygger syntetisk nanopore fremstillet af DNA

Et videnskabeligt samarbejde ledet af forskere ved iNANO/Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet og Kemisk Institut ved Københavns Universitet har ført til konstruktionen af en syntetisk DNA-nanopore, der er i stand til selektivt at translokere makromolekyler af proteinstørrelse på tværs af lipid-lag.

13.12.2019 | Anne Færch Nielsen og Rasmus Peter Thomsen

Forskerne håber, at vi med den nyopdagede mekanisme i fremtiden vil være i stand til at indsætte en sensor specifikt i syge celler og stille en diagnose på enkeltcelleniveau. Figur: Rasmus Peter Thomsen/AU.

Forskerne fra Aarhus Universitet bag den videnskabelige artikel (fra venstre): Rasmus P. Thomsen, Jørgen Kjems og Rasmus Schøler Sørensen. Foto: Anne Færch Nielsen/AU.

Den første kommercielle nanopore DNA-sekventeringsenhed blev introduceret af Oxford Nanopore Technologies i 2015. Nanoporesekventering er baseret på et syntetisk konstrueret membranprotein, der tillader, at lange DNA-strenge kanaliseres gennem det centrale lumen i poren, hvor ændringer i ionstrømmen fungerer som en sensor for de individuelle baser i DNA'et. Udviklingen af denne teknik var en vigtig milepæl for DNA-sekventering, og var resultatet af årtiers forskning.

Siden da har forskere forsøgt at udvide dette princip og bygge større porer, men dette har været vanskeliggjort af den begrænsede forståelse af kunstigt proteindesign. Som et alternativ er der opstået en ny teknik baseret på programmeret foldning af DNA i komplekse strukturer, den såkaldte 3D-origami-teknik, der først blev introduceret af forskergruppen fra Aarhus Universitet i 2009. I modsætning til proteiner har DNA-origami vist sig at have et hidtil uset designrum til konstruktion af nanostrukturer, der efterligner og udvider naturligt forekommende komplekser.

I en ny artikel offentliggjort i Nature Communications rapporterer forskerne nu om fremstillingen af en stor syntetisk nanopore lavet af DNA. Denne nanoporestruktur er i stand til at translokere makromolekyler af proteinstørrelse på tværs af en dobbelt lipid-membran. Derudover indeholder poren et funktionel lukkemekanisme, der muliggør biosensoring af meget få molekyler i opløsning.

Ved brug af kraftfulde optiske mikroskoper kunne forskerne følge strømmen af molekyler gennem hver enkelt nanopore. Tilføjelsen af en kontrollerbar prop i poren gjorde det endvidere muligt at tænde og slukke for strømmen af molekyler gennem poren og at demonstrere mærkningsfri bio-sensing af et triggermolekyle i realtid.

Til sidst blev poren udstyret med et sæt kontrollerbare flapper, der muliggjorde en øget indsættelse i membraner, der indeholder særlige signalmolekyler. Forskerne håber, at vi i fremtiden med denne mekanisme vil være i stand til at indsætte sensoren specifikt i syge celler og stille en diagnose på enkeltcelleniveau.

Læs mere om resultaterne i Nature Communications.


Mere information

Professor Jørgen Kjems
Interdisciplinary Nanoscience Center og Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
jk@mbg.au.dk - 87155494

Lektor Nikos Hatzakis
Center for Syntesebiologi og Kemisk Institut
Københavns Universitet
Hatzakis@chem.ku.dk  - 50202951

Forskning