Das Kunststoffgefäß, das in Friedrich Simmels Labor an der Universität München steht, scheint nichts als klare Flüssigkeit zu enthalten. Wer käme da auf die Idee, dass rund 100 Billionen winzige Maschinen darin schwimmen?

So klein sind diese Apparate, dass Simmel sie mit keinem Mikroskop der Welt in Aktion betrachten könnte. Nur mit Hilfe eines blauen Laserstrahls, den der Physiker durch die Küvette lenkt, lässt sich ihre Existenz nachweisen. Und doch weiß der Forscher, dass jedes einzelne der kleinen Maschinchen einen Greifarm hat, mit dem es den Blutgerinnungsfaktor Thrombin packen und wieder loslassen kann.

Bemerkenswerter noch als Simmels Nanogreifer selbst ist das Material, aus dem sie gefertigt sind: Sie bestehen aus DNA. Ausgerechnet jenes Molekül also, das in der Natur zuständig für Speicherung und Weitergabe von Erbinformation ist, dient als Werkstoff zum Bau von Maschinen.

"Wir nutzen ein biologisches Molekül auf vollkommen unbiologische Weise", erklärt Simmel. "Ganz nach Wunsch können wir damit geradlinige Doppelstränge herstellen, aber auch verzweigte Moleküle, Würfel oder zweidimensionale Netze."

Der Münchner Wissenschaftler entwirft damit eine Vision, die Nanoforscher frohlocken lässt: Fast nach Belieben, so scheint es, lassen sich aus Erbgutstücken am Reißbrett entworfene Strukturen bauen, unvorstellbar winzig und doch höchst präzise gefertigt. "Ein neues Kapitel in der Geschichte der DNA ist angebrochen", schwärmt der Nanoforscher Nadrian Seeman von der New York University.

Schon träumen Wissenschaftler von molekularen Transportmaschinen, die Wirkstoffe punktgenau zu einzelnen Zellen schleppen, von ultrakleinen Biosensoren, die durch die Blutbahn schwirren, und von einer ganz neuen Generation Computerchips, unendlich viel kompakter als jeder Silizium-Rechner - und all das gebaut mit der Erbsubstanz DNA.

Erst allmählich wird den Forschern klar, dass das Konstruktionsprinzip des Erbmoleküls wie geschaffen ist für die neue Zunft der Molekularingenieure. "Es lässt sich sozusagen als schlauer Klebstoff nutzen", erläutert Simmel.

Denn die berühmte Doppelhelix, die wie eine korkenzieherähnlich verdrehte Strickleiter aussieht, besteht aus zwei Strängen, die nach einer simplen Regel zusammengeklebt sind: Jeder der Stränge gleicht einer Kette, auf der wie Perlen die vier Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin (abgekürzt als A, T, G und C) aneinander gereiht sind. Zum Doppelstrang lagern sie sich stets so aneinander, dass Adenin eine Bindung mit Thymin eingeht, während sich Guanin mit Cytosin zusammentut.

Diese so genannte Basenpaarung können sich die Nanokonstrukteure zu Nutze machen: Wenn sie molekulare Bauteile miteinander verbinden wollen, dann heften sie sie an kurze DNA-Stückchen, die wie hoch spezifische Klettverschlüsse wirken. Die Bauanleitung einer Maschine ist in den Erbgutschnipseln selbst gespeichert, denn sie passen nur auf eine einzige Weise exakt zusammen (siehe Grafik). Nichts ist dann einfacher, als die Bauteile zusammenzufügen: "Man muss praktisch nur alle Teile in einen Sack stecken und schütteln", wie der britische Physiker Andrew Turberfield erklärt.

Der Biophysiker Erez Braun vom Technion-Institut im israelischen Haifa etwa entwickelte mit der Klettverschluss-Methode einen Transistor aus Kohlenstoffröhren, jede von ihnen kaum mehr als einen millionstel Millimeter dünn. Braun brauchte dazu nur DNA-Moleküle an die Röhrchen zu koppeln, und schon klebten sich diese von selbst an die gewünschte Stelle. Auf diese Weise lassen sich möglicherweise auch komplexere Schaltkreise aufbauen, die irgendwann die Grundlage neuartiger Computerchips bilden könnten.

Bei dem Proteingreifer ging Simmel sogar noch einen Schritt weiter: Die DNA dient nicht als Montagewerkzeug, sondern als Bauteil selbst. Denn durch geschicktes Verkleben eines DNA-Moleküls verformt sich dieses und kann so mechanische Aufgaben übernehmen.

Nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert auch eine winzige Pinzette, die Simmel gemeinsam mit dem Briten Turberfield und Kollegen aus den USA gebaut hat: Am offenen Ende baumeln zwei DNA-Einzelstränge. Ein weiteres Stück ist so konstruiert, dass es an beiden Einzelsträngen zu haften versucht und dabei die Pinzettenschenkel zusammenzieht.

Das Nanogreifgerät soll einst einzelne Moleküle packen können. Nur transportieren kann die Pinzette ihre Beute nicht, denn noch bewegt sie sich nicht vom Fleck.

Doch auch zur Lösung dieses Problems gibt es Ideen - und natürlich ist es wieder DNA, die helfen soll. Nanoforscher Seeman hat bereits einen molekularen Laufroboter entwickelt. Seine Füße schreiten auf Schienen aus Erbgut. JULIA KOCH