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Eine künstliche Struktur, die sich wie ein DNA-Molekül selbst reproduzieren kann, wurde geschaffen
Zuletzt überprüft: 30.06.2025
Chemiker haben eine künstliche Struktur geschaffen, die sich wie ein DNA-Molekül selbst replizieren kann. Wissenschaftler glauben, dass die Zeit, in der sich Materialien selbst replizieren, nicht mehr fern ist. DNA-Idee
Die Komponenten basieren auf Nukleotiden – den „Bausteinen“ der DNA – und fungieren als Buchstaben, die zusammen ein Wort bilden. Anders als die Doppelhelix der DNA besteht ein einzelnes Element des künstlichen Materials jedoch aus drei parallelen Ketten von jeweils sieben Basen. Diese Basen sind durch ein senkrechtes Helixfragment verbunden, auf dessen Oberfläche sich chemische „Schlüssel“ befinden. Sie steuern, welche Moleküle sich an einen bestimmten Kettenabschnitt anheften können.
Dieses System – ein Bündel aus drei Einzelhelices, verbunden durch drei DNA-Doppelhelices – wurde von Chemikern BTX (bent triple helix molecules containing three DNA double helices) genannt. Wissenschaftler schreiben, dass sich solche Fragmente zu ausgedehnten Ketten verbinden können. Theoretisch ist die Anzahl der einzelnen Komponenten des synthetischen Materials unbegrenzt.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Paul Chaikin von der New York University (USA) nutzte ihre Erfindung, um ein „Puzzle“ aus zwei Teilen und ihren komplementären Zwillingen zu erstellen.
In ein Reagenzglas mit einer Reihe von BTX-Ketten gaben Chemiker eine Substanz, die den Montageprozess einleitete. Dadurch fügten sich die einzelnen Teile des „Puzzles“ komplementär zueinander – sie fanden zueinander, wie „Schlüssellöcher“ und „Schlüssel“.
Chemiker schreiben, dass sich im ersten Schritt eine Komponente des „Puzzles“ an das freie Ende der Initiatorsubstanz anlagerte. Dann begann eine Kettenreaktion, und weitere Komponenten wurden in das molekulare „Puzzle“ hineingezogen. Bis zur dritten Generation
Die Chemiker nutzten die entstandenen Ketten, um ähnliche Tochtermoleküle zu erhalten. Durch Erhitzen der Mischung aus Stamm- und Tochterketten auf die Temperatur des Wasserstoffbrückenbruchs (ca. 40 °C) trennten sie die Mischung in Moleküle zweier Generationen. Weitere Analysen zeigten, dass etwa 70 % der Tochterketten die Struktur des Stammmoleküls perfekt wiederholten.
Chaikins Team erhielt die nächste Generation des Ausgangsmoleküls. In der dritten Generation verschlechterte sich die Kopiergenauigkeit jedoch deutlich: Nur 31 % der „Nachkommen“ – der Enkel des ersten Moleküls – wiederholten die Struktur des ursprünglichen Moleküls vollständig.
Die Autoren des in Nature veröffentlichten Artikels glauben, dass sie durch die Veränderung der chemischen Eigenschaften der „Puzzle“-Komponenten das Erhitzen der Mischung nach jedem Kopiervorgang überflüssig machen können. Wenn die Chemiker ihre Idee umsetzen, werden wahrscheinlich synthetische Systeme entstehen, die sich ohne menschliches Zutun reproduzieren.
„Wir haben gezeigt, dass sich nicht nur DNA- und RNA-Moleküle selbst replizieren können. Unsere Entwicklung ist der erste Schritt zur Schaffung künstlicher selbstreplizierender Materialien“, so das Fazit der Autoren der Erfindung.
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