Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
30 maart 2009
DNA klem in nanogaatjes
Onderzoekers analyseren krachten op DNA in gel
Moleculair biologen, waaronder de snelle jongens van CSI, gebruiken gelelektroforese om DNA-fragmenten van elkaar te scheiden om zo het DNA te analyseren. Een team van onderzoekers, onder leiding van Vici-winnaar Serge Lemay, laat nu voor het eerst zien hoe de gel de verplaatsing van DNA beïnvloedt. De onderzoekers dreven één enkel DNA-molecuul door een nanogaatje om zo de krachten op het DNA te kunnen analyseren. De resultaten van het onderzoek werden op 29 maart gepubliceerd in Nature Physics.
De beweging van DNA onder invloed van een elektrisch veld, elektroforese, wordt veroorzaakt door negatief geladen groepen in de basisstructuur van het DNA. Deze negatieve ladingen worden afgeschermd door positieve ionen, die zich in een laag om het DNA heen verzamelen. Deze ionen vertragen de beweging van DNA onder invloed van een elektrisch veld. De elektrostatische kracht en tegengestelde wrijving van de gel zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Het leek daardoor vooralsnog onmogelijk om ze geïsoleerd te onderzoeken.
Combinatie van technieken
De onderzoekers ontwikkelden nanogaatjes met verschillende afmetingen om zo de ruimtelijke beperking van het DNA te kunnen variëren. Vervolgens gebruikten ze een optisch pincet om een perspex balletje vast te grijpen waar DNA aan vastgekoppeld was. Zo trokken zij het DNA-molecuul door een nanogaatje. De verschillende afmetingen van de gaatjes boden hen een directe kijk op de hydrodynamische koppeling tussen DNA en nanogaatje.
Uit de metingen bleek dat de vertragende krachten veroorzaakt door de ionen, langzaam afnemen wanneer het DNA door een groter nanogaatje beweegt. Hoe groter het gaatje, hoe kleiner de weerstand. Berekeningen op basis van alleen elektrostatische krachten hadden andere verwachtingen opgeleverd. De hydrodynamische omgeving blijkt een grotere invloed te hebben dan verwacht.
Het team maakte gebruik van een unieke combinatie van verschillende technieken. Deze combinatie van technieken vormt een goede basis voor veelbelovende ontwikkelingen in enkel-molecuul technieken gebaseerd op nanogaatjes. Zo maakt het bijvoorbeeld gedetailleerde detectie van de interactie tussen eiwitten en DNA mogelijk.
Eerste auteur van het artikel in Nature Physics is Stijn van Dorp van de TU Delft. Het onderzoek werd uitgevoerd door een internationaal team van toponderzoekers. Serge Lemay ontving van NWO een Vici-subsidie. Cees Dekker ontving in 2003 de prestigieuze Spinozapremie van NWO. Nynke Dekker ontving van NWO een Vidi-subsidie.
Nature-publicatie
Origin of the electrophoretic force on DNA in solid-state nanopores. Stijn van Dorp, Ulrich F. Keyser, Nynke H. Dekker, Cees Dekker, Serge G. Lemay.
---