Embargoløft 10. januar 2022 kl. 11: Nyt supermolekyle kan revolutionere videnskaben

Da DNA blev opdaget og forskerne lærte at kontrollere det, blev ikke bare videnskaben revolutioneret; det gjorde hele samfundet. I dag skaber forskere og medicinalindustrien rutinemæssigt kunstige DNA-strukturer til mange formål, fx diagnosticering og behandling af sygdomme.

Nu har et internationalt forskerhold skabt et nyt supermolekyle, der har potentiale til at revolutionere videnskaben yderligere.

Deres arbejde er offentliggjort i Nature Communications. Ledende forskere er Chenguang Lou, lektor, Syddansk Universitet og Hanbin Mao, professor, Kent State University, USA. Yderligere har forskere fra Københavns Universitet, Oxford University og ATDBio, England bidraget.

Næste generation af nanoteknologi

Forskerne beskriver deres supermolekyle som et ægteskab mellem DNA og peptider.

DNA er et af de vigtigste biomolekyler, og det samme er peptider; peptidstrukturer bruges blandt andet til at skabe kunstige proteiner og forskellige nanostrukturer.

- Hvis man kombinerer disse to, som vi har gjort, får man et meget kraftfuldt molekylært værktøj, der kan føre til den næste generation af nanoteknologi. Med det kan vi lave mere avancerede nanostrukturer, for eksempel til at opdage sygdomme, siger Chenguang Lou.

Årsagen til Alzheimers

Et andet eksempel er, ifølge forskerne, at denne binding af peptider til DNA kan bruges til at skabe kunstige proteiner, som vil være mere stabile og dermed mere pålidelige at arbejde med end naturlige proteiner, som er sårbare over for varme, UV, kemiske reagenser. etc.

- Vores næste skridt bliver at undersøge, om det kan bruges til at forklare årsagen til Alzheimers sygdom, som skyldes fejl i peptidstrukturer, siger Hanbin Mao fra Kent State University.

Forskningsartiklen beskriver, hvordan trestrengede DNA-strukturer og trestrengede peptidstrukturer er blevet kombineret og resultatets mekaniske egenskaber. Det lyder måske simpelt at koble DNA og peptider, men det er det langt fra.

Som hund og kat i naturen

Det ses kun sjældent i naturen, at DNA- og peptidstrukturer er kemisk forbundet, som det nye supermolekyle er. Selvom der foregår enkelte interaktioner mellem dem, opfører de sig oftest som hund og kat i naturen og går ikke godt i spænd sammen. En mulig årsag til dette er deres såkaldte kiralitet, nogle gange også kaldt spejlbillede-strukturer – som højre og venstre hånd.

Alle biologiske strukturer, fra molekyler til menneskekroppen, har en fast defineret kiralitet, som der ikke kan ændres på; tænk på vores hjerte, som altid er placeret i venstre side af kroppen. DNA er altid højrehåndet, og peptider er altid venstrehåndede, så det er en stor udfordring at prøve at kombinere dem.

- Forestil dig, at du vil lægge dine to hænder oven på hinanden og samtidig parrer tommelfinger med tommelfinger og ligeså de andre fingre, mens begge håndflader vender i samme retning. Det er umuligt. Det kan kun lade sig gøre, hvis du kan give dine to hænder samme kiralitet, siger Hanbin Mao.

Derfor er vores hænder ikke ens

Og det er præcist, hvad forskerholdet har gjort; ændret på kiraliteten. De har ændret peptid-kiraliteten fra venstrehåndet til højrehåndet, så den passer med DNA'ets kiralitet (der jo altid er højrehåndet). Resultatet er, at de to strukturer nu kan matche og arbejde sammen i stedet for at frastøde hinanden.

- Dette er den første studie til at vise, ​​DNA- og peptidstrukturer kan kommunikere og interagere, når deres kiralitet er blevet ændret, siger Chenguang Lou.

Iflg. forskerne vil dette kunne bidrage til svaret på, hvorfor den biologiske verden er kiral:

- Svaret er energi: Den kirale verden er mindst energikrævende og dermed den mest stabile, siger Mao Hanbin.