Das Falten von DNA in kleine, zwei- und dreidimensionale Objekte ist in der Wissenschaft kein neues Konzept. Es wird als DNA Origami bezeichnet und wurde in der Vergangenheit bereits benutzt, um Transportsysteme für Medikamente aus DNA zu erschaffen. Die Strukturen sind allerdings oft sehr zerbrechlich, und ihre Konstruktion ist aufwendig und teuer. Eine Gruppe Wissenschaftler fand kürzlich eine neue Methode, um DNA zu falten. Hierbei half ihnen ein mathematisches Problem, das als das Königsberger Brückenproblem bekannt ist.


DNA Origami
Foto: Erik Benson and Björn Högberg

Das Königsberger Brückenproblem

Königsberg liegt in Russland und ist inzwischen als Kaliningrad bekannt. Die Stadt hat 7 Brücken. Das Königsberger Brückenproblem beschäftigt sich mit der Frage, ob es möglich ist, einen Trip durch die Stadt am gleichen Punkt starten und enden zu lassen und dabei jede Brücke exakt ein Mal zu überqueren. Der Schweizer Mathematiker Leonard Euler bewies, dass ein solcher Trip nicht möglich ist. Er entwickelte aber den Eulerkreis, einen Zyklus in der Graphentheorie, der am gleichen Punkt beginnt und endet und jede Kante des Graphen einmal enthält.

Was hat das nun mit dem Falten von DNA zu tun? Die Forscher versuchten letztlich, das gleiche Problem zu lösen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Zeitschrift Nature.


Origami aus DNA

We wanted to put the DNA strand on every edge of the polygonal shape once – and if possible only once – and then bring it back to its starting point, since it’s a circular molecule”, so der leitende Wissenschaftler der Untersuchung, Björn Högberg vom schwedischen Karolinska-Institut, gegenüber der Washington Post.

Mit einem neu entwickelten Algorithmus gelang es den Forschern, einen einzelnen DNA-Strang an der Struktur entlangzuführen und dabei jede Ecke einmal zu berühren. Das Team half mit Hilfsecken aus, wenn ein Eulerkreis nicht möglich war. Die DNA kann so in komplexe Formen gebracht werden. Zur Veranschaulichung formten die Forscher ein Häschen aus DNA.

Laut den Wissenschaftler ist dies ein wichtiger Schritt in Richtung von Strukturen aus dem 3D-Printer, die mit menschlichen Zellen interagieren können. Derartige Strukturen könnten genutzt werden, um Medikamente und Nährstoffe an spezifische Stellen im Körper zu bringen.

For biological applications, the most crucial difference is that we can now create structures that can be folded in, and remain viable in, physiological salt concentrations that are more suitable for biological applications of DNA nanostructures”, so Högberg.

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