Das Erbmolekül DNA dient in der Natur als Datenspeicher. Bei jeder Zellteilung wird sie verdoppelt und bei der geschlechtlichen Fortpflanzung neu kombiniert. Für den Experimentalphysiker und Nanotechnologen Henrik Dietz, Professor für Biophysik an der Technischen Universität München in Garching, ist die DNA vor allem ein ideales Baumaterial.
"DNA ist eben sehr stabil, chemisch sehr gut verstanden. Die Grundbausteine für die tägliche Arbeit, die kann man einfach kaufen."
Zum Bauen reichen vergleichsweise kleine DNA-Moleküle mit 40 oder 50 Bausteinen. Sie werden inzwischen als Massenprodukt hergestellt.
"Das ist quasi Standard. Das kann man bei 100 verschiedenen Herstellern einfach bestellen. Man schickt denen einfach eine Email mit der gewünschten Sequenz und einen Tag später hat man einen kleinen Puffertropfen, einen Tropfen Lösung, mit dem gewünschten Molekül im Briefkasten."
Die Sequenz ist die Reihenfolge der genetischen Buchstaben im DNA-Molekül. Nach Bauplänen aus dem Computer wird sie heute von Spezialmaschinen zusammen gesetzt. Beim Marktführer für DNA-Produktion, der Firma Geneart in Regensburg, entstehen Erbmoleküle wie am Fließband. Marcus Graf ist Mitbegründer der Firma und Leiter der Produktion.
"Wir sind schneller und besser. Günstiger. Ich sage es Ihnen ganz ehrlich: Ein einzelnes synthetisches Gen, das kann jeder gute Molekularbiologe herstellen. Tausende von Genen sehr kostengünstig und sehr schnell, das ist eine hohe Kunst. Dazu braucht man Industrie-Knowhow, Automation und eigene Geräte und Prozesswissen, um das überhaupt darstellen zu können."
Ein Gen besitzt meist mehr als 1000 genetische Buchstaben. So viel brauchen die Nanotechnologen nicht. Sie arbeiten mit kürzeren Fäden, ganz ähnlich wie beim Nähen. Die Arbeit von Hendrik Dietz und seinem Team an der TU München beginnt am Computerbildschirm. Es geht darum, zunächst mit einem DNA-Faden eine Form zu schaffen. So ähnlich wie beim Zeichnen eines Hauses auf Papier, ohne den Stift abzusetzen und ohne eine Linie doppelt zu ziehen: Jedes Grundschulkind kennt das: "Das – ist – das – Haus – vom - Ni – ko – laus – mit – An – bau – und – Toi – let - ten – haus."
"Also Sie stellen sich eine gewünschte Struktur vor und finden dann ähnlich wie in diesem Kinderspiel, dem Haus vom Nikolaus, einen Weg, auf dem Sie dann einen langen Schussfaden oder ein langes Molekül auf der Nanometerskala durch die gewünschte Struktur hindurch fädeln können. Das stellen Sie sich erst einmal gedanklich vor. Sie finden diesen Pfad. Dann im nächsten Schritt fügen Sie weitere Fäden hinzu, die dann den Weg des langen Schussfadens im Raum dreidimensional stabilisieren. Sie kleben ihn an verschiedenen Positionen fest. Dann bleibt er in dieser dreidimensionalen Form einfach sozusagen stehen."
Nach diesem Plan formt sich die DNA. Dazu müssen die Bausteine der DNA eine bestimmte Reihenfolge haben, eine festgelegte Sequenz. Sie bestimmt, an welchen Stellen die DNA bei genau festgelegten Temperaturen Winkel, Kurven oder Schleifen bildet. Wenn die Außenbedingungen stimmen, dann findet die DNA gewissermaßen von selbst ihre Form. Hendrik Dietz:
"Stellen Sie sich vor: Sie nehmen ein Auto, zerlegen es in seine 1000 Komponenten, legen es in einen großen Wasserbottich, rühren einmal und plötzlich setzt sich das Auto wieder zusammen. So ähnlich ist das, und es funktioniert komischerweise."
Zunächst haben die Nanotechnologen von der TU München einfache Strukturen gebaut, wie Plättchen, Röhren, kleine Pyramiden oder Zahnräder. Nun werden ihre Konstruktionen immer komplizierter. So haben sie eine winzige Nano-Spritze konstruiert, mit der sie Wirkstoffe in einzelne Zellen spritzen können. Das ist für die Medizin interessant. Auch kleinste Bauteile für die Computertechnik könnten in Zukunft aus DNA bestehen, denn kein anderes Material ist so fein und zugleich so stabil wie die DNA-Doppelhelix.
Hinweis: Zum Thema Bauen mit Erbsubstanz sendet der Deutschlandfunk am Sonntag, 04.08, 16:30 Uhr, in der Sendung "Wissenschaft im Brennpunkt" das Feature Man nehme DNA.
"DNA ist eben sehr stabil, chemisch sehr gut verstanden. Die Grundbausteine für die tägliche Arbeit, die kann man einfach kaufen."
Zum Bauen reichen vergleichsweise kleine DNA-Moleküle mit 40 oder 50 Bausteinen. Sie werden inzwischen als Massenprodukt hergestellt.
"Das ist quasi Standard. Das kann man bei 100 verschiedenen Herstellern einfach bestellen. Man schickt denen einfach eine Email mit der gewünschten Sequenz und einen Tag später hat man einen kleinen Puffertropfen, einen Tropfen Lösung, mit dem gewünschten Molekül im Briefkasten."
Die Sequenz ist die Reihenfolge der genetischen Buchstaben im DNA-Molekül. Nach Bauplänen aus dem Computer wird sie heute von Spezialmaschinen zusammen gesetzt. Beim Marktführer für DNA-Produktion, der Firma Geneart in Regensburg, entstehen Erbmoleküle wie am Fließband. Marcus Graf ist Mitbegründer der Firma und Leiter der Produktion.
"Wir sind schneller und besser. Günstiger. Ich sage es Ihnen ganz ehrlich: Ein einzelnes synthetisches Gen, das kann jeder gute Molekularbiologe herstellen. Tausende von Genen sehr kostengünstig und sehr schnell, das ist eine hohe Kunst. Dazu braucht man Industrie-Knowhow, Automation und eigene Geräte und Prozesswissen, um das überhaupt darstellen zu können."
Ein Gen besitzt meist mehr als 1000 genetische Buchstaben. So viel brauchen die Nanotechnologen nicht. Sie arbeiten mit kürzeren Fäden, ganz ähnlich wie beim Nähen. Die Arbeit von Hendrik Dietz und seinem Team an der TU München beginnt am Computerbildschirm. Es geht darum, zunächst mit einem DNA-Faden eine Form zu schaffen. So ähnlich wie beim Zeichnen eines Hauses auf Papier, ohne den Stift abzusetzen und ohne eine Linie doppelt zu ziehen: Jedes Grundschulkind kennt das: "Das – ist – das – Haus – vom - Ni – ko – laus – mit – An – bau – und – Toi – let - ten – haus."
"Also Sie stellen sich eine gewünschte Struktur vor und finden dann ähnlich wie in diesem Kinderspiel, dem Haus vom Nikolaus, einen Weg, auf dem Sie dann einen langen Schussfaden oder ein langes Molekül auf der Nanometerskala durch die gewünschte Struktur hindurch fädeln können. Das stellen Sie sich erst einmal gedanklich vor. Sie finden diesen Pfad. Dann im nächsten Schritt fügen Sie weitere Fäden hinzu, die dann den Weg des langen Schussfadens im Raum dreidimensional stabilisieren. Sie kleben ihn an verschiedenen Positionen fest. Dann bleibt er in dieser dreidimensionalen Form einfach sozusagen stehen."
Nach diesem Plan formt sich die DNA. Dazu müssen die Bausteine der DNA eine bestimmte Reihenfolge haben, eine festgelegte Sequenz. Sie bestimmt, an welchen Stellen die DNA bei genau festgelegten Temperaturen Winkel, Kurven oder Schleifen bildet. Wenn die Außenbedingungen stimmen, dann findet die DNA gewissermaßen von selbst ihre Form. Hendrik Dietz:
"Stellen Sie sich vor: Sie nehmen ein Auto, zerlegen es in seine 1000 Komponenten, legen es in einen großen Wasserbottich, rühren einmal und plötzlich setzt sich das Auto wieder zusammen. So ähnlich ist das, und es funktioniert komischerweise."
Zunächst haben die Nanotechnologen von der TU München einfache Strukturen gebaut, wie Plättchen, Röhren, kleine Pyramiden oder Zahnräder. Nun werden ihre Konstruktionen immer komplizierter. So haben sie eine winzige Nano-Spritze konstruiert, mit der sie Wirkstoffe in einzelne Zellen spritzen können. Das ist für die Medizin interessant. Auch kleinste Bauteile für die Computertechnik könnten in Zukunft aus DNA bestehen, denn kein anderes Material ist so fein und zugleich so stabil wie die DNA-Doppelhelix.
Hinweis: Zum Thema Bauen mit Erbsubstanz sendet der Deutschlandfunk am Sonntag, 04.08, 16:30 Uhr, in der Sendung "Wissenschaft im Brennpunkt" das Feature Man nehme DNA.