#Forscher haben einen Motor aus DNA gebaut, um molekulare Maschinen anzutreiben

Klein, aber oho! Eine Maschine aus DNA-Material bieten viel medizinisches Potenzial. Ob wir daraus wirklich Sonden mit Nanomotoren bauen, die nach Krebszellen suchen, wird die Zukunft zeigen. (Sergey Nivens/Adobe Stock)

Klingt irgendwie nach Science-Fiction: steuerbare Motoren aus DNA. Aber es gibt sie bereits – und eines Tages sollen sie Nanofabriken aus DNA zum Laufen bringen.

Schon seit 2006 sind solche Basteleien keine Fiktion mehr. Damals präsentierte Paul W. K. Rothemund vom California Institute of Technology erstmals einen Weg, wie sich DNA in eine gewünschte Position falten lässt.

Jetzt haben Forscher diese Technik weiter entwickelt und eine Nano-Turbine entwickelt, die sich mit winzigen DNA-Turbinenschaufeln dreht.

Molekulare Motoren bewegen unsere Welt

Molekulare Motoren gibt es nicht nur aus dem Reagenzglas. Sie sind laut Spektrum beispielsweise dafür verantwortlich, dass sich unsere Muskeln zusammenziehen.

Damit ihr euch besser vorstellen könnt, was so eine molekulare Maschine leistet, denkt an den Aufbau eines Bakteriums aus dem Biologieunterricht. Sie sehen kugel- oder stäbchenförmig aus und besitzen oftmals einen Geißel genannten Fortsatz. Diese Geißel sorgt vereinfacht gesagt für die Fortbewegung. Mit einer Rotationsbewegung treibt sie das Bakterium an.

Der synthetische Motor, wie ihn die Forscher in ihrer Studie vom 26. Oktober 2023 beschreiben, funktioniert ähnlich. Der große Unterschied: Der aus DNA-Molekülen gebaute, winzige Motor kann gezielt rotieren und lässt sich deshalb mit einer geschrumpften Turbine vergleichen.

Drei kleine Turbinenschaufeln aus DNA-Helices (Plural von Helix) sind in einer kleinen Pore verbaut und drehen sich voraussagbarer Richtung. Angetrieben werden sie durch elektrische Felder.

Die Idee dafür existiert schon seit 2015 und konnte 2022 erstmals im Ansatz umgesetzt werden. Verfeinern konnten die Forscher das Projekt aber erst 2023.

▶ Sehenswert: Wer noch tiefer tauchen will, wie molekulare Maschinen in unseren Körpern arbeiten, kann sich gerne dieses sechsminütige YouTube-Video ansehen. Ansonsten lest ihr im nächsten Absatz über die Einsatzgebiete dieser DNA-Motoren:

Link zum YouTube-Inhalt

DNA-Nanofabriken und Mini-Sonden für medizinische Zwecke

Mögliche Einsatzzwecke dieser Miniatur-Forschung sind vor allem in der Medizin zu finden. So könnte man laut Spektrum gezielt Medikamente verabreichen und in DNA-Nanofabriken chemische Synthese betreiben.

Besonders spannend: Wenn man die Idee weiterspinnt, könnten solche Motoren vielleicht eines Tages Maschinen wie Nano-Sonden antreiben. Diese könnten laut Spektrum wiederum für das Erkennen von Krebszellen durch eure Körper schwimmen.

Allerdings wird das noch ein bisschen dauern – zuerst gilt es noch weitere, komplexere DNA-Origami-Objekte wie die oben beschriebene Turbine zu bauen und zu verstehen. Was genau diese »Origami-Objekte« sind, verraten wir euch im nächsten Abschnitt.

DNA-Origami als Trickkiste der Forscher

Kein Witz, so wird diese Technik tatsächlich genannt. Denn die Arbeit mit filigranen DNA-Strängen ist gar nicht so leicht. Bei der DNA-Origami-Technik werden einzelsträngige DNA-Rückgrate in Bakterien herangezüchtet.

Am Ende vermischen die Forscher diesen Strang in einer Lösung mit kurzen Strängen synthetischer DNA. Stellt euch das wie bei einem Baukasten vor. Je nachdem, welche synthetischen Zusätze beigemischt werden, verändert sich die finale Form dementsprechend.

Dieses Geflecht verbindet sich mit dem langen Strang und zwingt ihn in die gewünschte Form. So wurde auch die DNA-Turbine entwickelt.

Da die Origami-Technik noch recht neu ist, lässt sich ihr gesamtes Potenzial noch gar nicht voll abschätzen.

▶ Für alle Interessieren: Die beschriebene DNA-Origami-Turbine, welche in der Nano-Pore steckt, ist lediglich zwischen 25 und 27 Nanometern (1 nm = 1 Millionstel Millimeter) hoch und breit. Unter Labor-Bedingungen erreichte sie eine Drehzahl von bis zu 10 Umdrehungen pro Sekunde.

Was haltet ihr von dieser Nano-Forschung? Eine realistische Möglichkeit, unseren Körper zu unterstützen oder trotz aller Ansätze eher Science-Fiction? Welche Anwendungsbereiche könnt ihr euch noch für die Origami-Technologie vorstellen? Wie findet ihr die Idee der krebssuchenden Sonden? Schreibt uns eure Gedanken gerne in die Kommentare und tauscht euch darüber aus, was alles damit möglich sein könnte.