Nano-Origami: Forscher bauen winzige Mona Lisa aus DNA

Ihr Lächeln ist weltbekannt, das Gemälde lockt jährlich Millionen Menschen in den Louvre in Paris. Aufmerksamkeit ist also garantiert, wenn man sich auf irgend eine Weise mit Mona Lisa beschäftigt.

Einen ungewöhnlichen Angang an das Leonardo-da-Vinci-Bild haben nun Forscher vom California Institute of Technology (Caltech) gewählt. Sie stellten die wohl kleinste Mona Lisa der Welt her. Die Caltech-Ingenieure nutzten für das Miniporträt mit Seitenlängen von unter einem Mikrometer (tausendstel Millimeter) das sogenannte DNA-Origami-Verfahren und erweiterten es, wie sie im Fachjournal "Nature" schreiben.

Grundlage der raffinierten zwei- und dreidimensionalen Technik sind winzige DNA-Bausteine - aus ihnen besteht auch unser Erbgut. Wegen ihrer besonderen chemischen Eigenschaften sind diese Moleküle aber auch geeignet, künstliche Mini-Formen entstehen zu lassen. Und weil sie sich dabei falten, spricht man auch von DNA-Origami.

Dabei braucht man einen längeren Strang, der aus vielen solcher Bausteine - sogenannter Nukleotide - aufgebaut ist. In Verbindung mit mehreren spezifischen kurzen Strängen faltet sich der längere in eine bestimmte gewünschte Form, schreiben die Forscher. Bislang war es jedoch schwierig, mit DNA-Origami größere Konstrukte herzustellen.

Grigory Tikhomirov und Kollegen entwickelten nun ein ressourcensparendes Verfahren, mit dem diese Stränge zu immer größeren Mustern zusammenfinden - bis beispielsweise unter dem Rasterkraftmikroskop eine lächelnde Mona Lisa sichtbar wird. Die Forscher ließen so auch einen Hahn entstehen.

Bei dem neuen Verfahren entstehen zunächst einzelne DNA-Kacheln, die sich dann wie ein Puzzle zu einer größeren Gesamtstruktur entwickeln. Sie besteht aus bis zu 10.000 einzelnen Kacheln.

Co-Autorin Lulu Qian sagt: "Solche sich selbst zusammensetzenden Strukturen sind Schlüsselkomponenten, um künstliche molekulare Maschinen zu bauen." Die neue Form der Anordnung ermögliche es nun, noch komplexere molekulare Maschinen zu bauen, sagte Qian.

Biophysiker der TU München veröffentlichten in derselben "Nature"-Ausgabe ein Verfahren zum Aufbau größerer Strukturen in Virengröße mithilfe von DNA-Origami. Diese Nano-Objekte sind dreidimensional und fügen sich ebenfalls von selbst zusammen. Konzipiert sind sie teilweise als winzige Käfige. Beide Forscherteams haben zudem eine Software entwickelt, mit der sich solche Strukturen am Rechner designen lassen.

"Eine mögliche zukünftige Anwendung künstlicher Käfige könnte der Transport von Medikamenten im Körper sein", so Studienleiter Hendrik Dietz laut einer Mitteilung. Ziel dabei sei es, die Wirkstoffe nur am Einsatzort freizusetzen.

Mit Nanotechnik haben Forscher bereits eine Vielzahl von winzigen Objekten entwickeln können. Schon vor Jahren entstanden Pyramiden, Klötzchen oder auch Smileys aus DNA. Inzwischen ist die Technik immer weiter entwickelt worden. Doch auch andere Nutzungsmöglichkeiten für das Erbgut sind inzwischen möglich. So entwickelten Forscher erst dieses Jahr ein Speicherformat aus Bakterien-DNA. Es gelang ihnen erstmals, digitale Bilder und Filmaufnahmen abzuspeichern - sowohl das Schwarz-Weiß-Foto einer Hand als auch eine historische Filmsequenz aus dem Jahr 1887. Sie zeigt ein Pferd in Bewegung.