Coat je colloïden met stukjes specifiek DNA, dan kun je met temperatuur vormpjes programmeren die zelf assembleren. Dit kan de basis vormen voor nieuwe biomimetische materialen, aldus de auteurs in Nature.
Voor complexe structuren heb je vaak veel bouwstenen nodig, een beetje zoals de verschillende stukjes van een puzzel. Dat is soms onhandig; liever zou je met weinig componenten ingewikkelde structuren willen bouwen. De New Yorkse en Parijse fysici Angus McMullen, Maitane Muñoz Basagoiti, Zorana Zeravcic en Jasna Brujic keken af bij de biologie hoe eiwitten zich vouwen en assembleren, en vonden een manier om complexe structuren te maken met maar twee bouwstenen en wat DNA-strengen.
Ze maakten colloïde druppeltjes van polydimethylsiloxaan in water, die ze met fluorescente groepen konden labelen resulterend in gele en blauwe druppels. De colloïden versierden ze daarna met vier verschillende strengen DNA van maximaal twintig baseparen lang, die interactie met elkaar aan kunnen gaan afhankelijk van de temperatuur. Tussen de 45 en 75°C vormen de druppels een keten (backbone) van om-en-om blauwe en gele colloïden. Tussen 40 en 45°C activeren de sterke blauw-blauw- of geel-geel-interacties, tussen 30 en 35°C de iets zwakkere blauw-geel-interacties en rond de 27°C de zwakste interacties tussen dezelfde kleuren. De resulterende structuren noemden ze foldameren (zie afbeelding hieronder).
Door met die DNA-strengen en de temperatuur te spelen – en simulaties te doen op de computer – kun je voorspellen wat het uiteindelijke resultaat zal zijn van de interacties. Zo berekenden ze een hele ‘boom’ aan conformaties die een heptameer van vier blauwe en drie gele colloïden doorgaat tot die uiteindelijk in de laatste conformatie terechtkomt als je alleen blauw-blauw-interacties aanzet. Ze legden de experimentele plaatjes over die van de theoretisch berekende plaatjes, en die kwamen overeen.
Vervolgens gingen de onderzoekers nog een stap verder in hun theoretische berekeningen: simulaties laten zien dat, na de eerste assemblages, de gevormde structuren verder kunnen assembleren tot supracolloïdale systemen. Je krijgt dan dingen als mozaïeken, eilanden of – in het geval van drie bouwstenen – unieke dimeren.
Deze vouwmethodes doen sterk denken aan hoe eiwitten en peptides zich vormen, zoals de hydrophobic collapse van eiwitten, fibril-polymerisatie, de vorming van eiwit-gebaseerde micellen of eiwitdimerisatie. ‘Dit nieuwe paradigma van hiërarchische vouwing als voorloper van grootschalige zelfassemblage biedt ontwerpregels voor biomimetische materialen met aanpasbare functionaliteiten’, aldus de onderzoekers.
McMullen, A. et al. (2022) Nature, doi.org/10.1038/s41586-022-05198-8
Nog geen opmerkingen