Blijf rustig, het gaat hier niet om een échte robot, maar om een moleculaire robot: een molecuul dat zó wordt geprogrammeerd dat het zelfstandig taken kan verrichten. Niet dat het minder spannend is: voor het eerst is het twee onderzoeksteams gelukt om een molecuul, gemaakt van DNA, precies datgene te laten doen wat je van hem vraagt. De twee studies worden deze week beschreven in het gezaghebbende vakblad Nature.

Ons beeld van nanorobots. Geïnspireerd door films of boeken, maar zeker niet het soort robot waar het in dit onderzoek om ging.

Origami

Het is een nieuwe mijlpaal binnen de DNA-nanotechnologie, een tak binnen nanotechnologie waarbij DNA als constructiemateriaal gebruikt wordt. DNA kan, naast genetische informatie dragen, makkelijk tot allerlei vreemde structuren gevormd worden. Dat heeft bijvoorbeeld al geleid tot smileys zó klein dat er een miljard van op een theelepel passen of moleculaire doosjes die afgesloten kunnen worden met een dekseltje. Het knutselen met DNA staat bekend als DNA origami.

Het ene team onderzoekers, afkomstig van vier verschillende Amerikaanse universiteiten, heeft dit soort origami gebruikt om een ondergrond te maken waarop een robot van DNA een vooraf gemaakte route kan lopen. Een moleculaire robot kan zelf niet nadenken, dus hebben ze de ondergrond zo gemaakt dat die de robot in de juiste richting stuurt.

DNA bestaat uit een deel dat altijd hetzelfde is (de ruggengraat) en een variabel deel: de coderende basen.

Wikimedia Commons

Spin

Het team gebruikte hiervoor een unieke eigenschap van DNA: twee enkele ketens DNA passen slechts op één manier aan elkaar. De coderende basen A, C, T en G maken altijd dezelfde combinaties (A met T en C met G). Bovendien willen twee ‘DNA-partners’ altijd aan elkaar plakken.

Stojanovic en zijn team bevestigden omhoog stekende stukjes enkelstrengs-DNA op de origami-ondergrond. De DNA-keten die hier precies op zou passen, bevond zich aan een van de poten van de robot. De robot was namelijk een soort spin: een eiwit met vier poten, elk bestaande uit een stuk enkelstrengs DNA met een enzym.

Broodkruimels

Zodra de spin op het oppervlak werd gezet, ‘herkende’ het DNA van de poten het DNA van een omhoog stekend stukje en bond zich hieraan – de spin zette een stap. Vervolgens kwam het enzym op de poot in actie en knipte het gebonden DNA in stukjes. De poot schoot hierdoor weer los en ging op zoek naar een nieuwe partner – de spin zette weer een stap. De omhoog stekende stukjes DNA zijn net broodkruimels die de spin precies de uitgestippelde route laat lopen.

De DNA-robot in actie. De omhoog stekende stukjes DNA die hem de route wijzen zijn duidelijk zichtbaar. Met rood is het doel aangegeven dat de robot moet bereiken.

Paul Michelotti

Waar eerdere nanorobots half zwalkend een stap of drie wisten te maken, ging deze nano-spin zo’n 100 nanometer aan de wandel en maakte 50 stappen. Dat de stappen ook allemaal in de goede richting waren, konden ze controleren met atomic force microsopie (AFM) en fluorescentiemicroscopie.

Nanofabriek

Een ander team wetenschappers, van de universiteit van New York, ging nog een stapje verder. Zij konden een DNA-robot op hun origami ook nog eens langs drie DNA-machientjes begeleiden die elk een gouddeeltje konden afgeven. De robot pikte het op en bracht het vervolgens naar een andere DNA-machine, die dat op zijn beurt kon aannemen. Een eerste aanzet tot een nanofabriek dus. De robot in dit onderzoek had wél hulp nodig: de onderzoekers moesten stukjes enkelstrengs DNA blijven toevoegen om de robot in goede banen te leiden. Daar tegenover staat dat het de eerste productielijn is op nanoschaal, volgens hoofdonderzoeker Ned Seeman.

Beide onderzoeksteams steken hun enthousiasme niet onder stoelen of banken. Ze dromen al over moleculaire robots die organen repareren of cellen afspeuren naar ziektekiemen en ze ter plekke bestrijden. Maar, zo geeft ook hoofdonderzoeker Stojanovic van het eerste team toe: “Dat is nog erg ver weg, misschien wel 100 jaar.” Wel is bewezen: moleculaire robots zijn geen sciencefiction meer.

Wat vind jij van de veelbelovende nieuwe toepassingen van nanotechnologie? Brengt nanotechnologie een betere wereld, of zijn de risico’s te groot? Geef je mening in de NanoDiscussie van Kennislink!