20 april 2009
Zelfassemblage onder controle
Onderzoekers reguleren vorming G-quadruplexen
De natuur heeft de bouw van nanomachineriën al lang geperfectioneerd, maar David González en collega-wetenschappers van de TU Eindhoven en de Universiteit Utrecht onder leiding van Spinozaprijswinnaar Bert Meijer, hebben de bouw van kunstmatige supramoleculaire structuren weer een stapje dichterbij gebracht. De onderzoekers slaagden er in om de zelfassemblage van Guanosine, één van de bouwstenen van ons DNA, in detail te controleren. Hun onderzoeksresultaten werden op 19 april gepubliceerd door Nature Chemistry.
De natuur is een lichtend voorbeeld wat betreft zelfassemblage van moleculen, maar heeft vooralsnog niet al haar geheimen prijsgegeven. Het controleren van de vorm en structuur van zelfassemblerende systemen blijft voor wetenschappers een struikelblok. Dit terwijl zulke structuren, waarbij de verschillende moleculen met elkaar samenwerken, ongeëvenaarde eigenschappen kunnen hebben. Zelfassemblage kan de weg vrij maken voor toekomstige massaproductie van nanomaterialen, nanogeneesmiddelen en nano-elektronica.
Controle
Een quadruplex van vier DNA-strengen is een voorbeeld van zo'n zelfassemblerende structuur. Guanosine-moleculen gaan bindingen met elkaar aan om zo een G-quadruplex te vormen. De onderzoekers slaagden erin om met behulp van Coulombische spanning de vorming van G-quadruplexen te beïnvloeden. Zij maakten structuren met 8, 12, 16, of zelfs 24 guanosine-moleculen.
Bij vorming van G-quadruplexen worden positief geladen alkalische metaalionen opgenomen in het binnenste van de structuur. Negatief geladen anionen vallen echter aan de buitenkant van de structuur en zijn daardoor blootgesteld aan de omgeving. De wet van Coulomb beschrijft de kracht die twee elektrische ladingen op elkaar uitoefenen. Volgens deze wet wordt die kracht bepaald door de afstand tussen de negatief en positief geladen ionen én door de stabiliserende eigenschappen van de oplossing waarin de zelfassemblage plaatsvindt. De negatief geladen anionen aan de buitenkant van de structuur zijn immers blootgesteld aan deze oplossing, waardoor de oplossing in grote mate de stabiliteit van de structuur bepaalt.
Door te variëren met de twee verschillende factoren, afstand en oplossing, konden de onderzoekers de vorming van de G-quadruplexen reguleren. Zo konden zij onder meer structuren met verschillende aantallen moleculen bouwen. Een structuur met precies 24 guanosine-moleculen was nog nooit eerder kunstmatig gevormd. Deze nieuwe invalshoek opent dus nieuwe deuren voor het reguleren van zelfassemblerende structuren.
Nature-publicatie
De auteurs van het artikel 'G-quadruplex self-assembly regulated by Coulombic interactions', dat op 19 april online verscheen in Nature Chemistry, zijn David González-Rodríguez, Joost van Dongen, Martin Lutz, Anthony Spek, Albert Schenning en Bert Meijer. Het onderzoek werd uitgevoerd aan het Instituut voor Complexe Moleculaire Structuren aan de TU Eindhoven, in samenwerking met de Universiteit Utrecht. Het is mede mogelijk gemaakt door de Spinozapremie van NWO.
---
Meer informatie:
- David González-Rodríguez (TU Eindhoven, nu Universidad Autónoma de Madrid)
-
- Bert Meijer (TU Eindhoven)
- e.w.meijer@tue.nl
Het artikel verscheen op 20 april om 19.00 uur als Advance Online Publication op de website van Nature Chemistry. 09-14
---
Perslijst:
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) Afdeling Voorlichting en Communicatie
Postbus 93138
2509 AC Den Haag
Persvoorlichters: