Met DNA Origami zorgen deze wetenschappers voor de beste verpakking van viruseiwit

By Team IO

Om medicijnen goed te kunnen vervoeren in het lichaam heb je een goede verpakking nodig. De eiwitmantels van virussen kunnen dat, maar hun vorm wordt voornamelijk bepaald door de genetische eigenschappen van het virus. Daarom ontwikkelden onderzoekers technieken om de vorm en grootte van deze nanoverpakkingen te controleren. Zodat ze de gewenste vorm krijgen. Een soort origami met DNA dus.

Het high-tech knutselwerk is gezamenlijk uitgevoerd aan de Aalto Universiteit (Finland) met onderzoekers van de Universiteit van Helsinki (Finland), Griffith University (Australië), Tampere University (Finland) en Universiteit Twente (Nederland). De onderzoekers slaagden erin om de eiwitmantels van plantenvirussen te herprogrammeren in verschillende vormen. Hiervoor vouwden ze DNA op de nanoschaal om te dienen als mal waar de eiwitmantels zich omheen vormden. Ze publiceerden hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Nanotechnology.

DNA Origami

De onderzoekers maakten gebruik van ‘DNA origami’-structuren. Die structuren hebben een omvang van slechts tientallen tot honderden nanometers en zijn volledig gemaakt van DNA. Door het DNA heel precies in de gewenste vorm te vouwen, creëer je een sjabloon waaraan de viruseiwitten zich kunnen hechten. “Het is net als echte origami waarin je plat papier gebruikt om in 3D hele interessante bouwwerken te maken. Alleen doen we dat hier met heel stevig DNA”, legt Jeroen Cornelissen van UTwente uit.

Virus loopt in de val door een DNA-origami

Corona heeft goed duidelijk gemaakt dat er in de meeste gevallen geen kruid gewassen is tegen virale infecties. Zelfs vaccinaties bieden niet altijd volledige bescherming.

De viruseiwitten bleken uiteindelijk veel flexibeler dan van tevoren gedacht. “Het lukte om verschillende structuren met een eiwitmantel te maken: rechte buizen, maar bijvoorbeeld ook een donut. Die laatste is een bijna compleet tegenovergestelde vorm van de bolstructuur die de eiwitmantel normaal heeft”, aldus Cornelissen. Het is een simpele, maar erg effectieve strategie om de viruseiwitten verschillende vormen aan te meten.

Cryogene elektronenmicroscopie

Met behulp van cryogene elektronenmicroscopie brachten de onderzoekers de vorming van de nanostructuren heel precies in beeld; tot op het niveau van individuele moleculen. Bij een temperatuur van rond de -200 graden Celsius lukte het om de kleinste aanpassingen te meten. Het is voor het eerst dat de sterk geordende eiwitten op deze manier in beeld zijn gebracht.

De onderzoekers zien veel potentie in de techniek. “Onze aanpak is flexibel en niet beperkt tot één type eiwit, zoals we laten zien met eiwitten van vier verschillende virussen”, vult Aalto professor Mauri Kostiainen aan. “Bovendien kunnen we de sjablonen aanpassen voor meer verschillende toepassingen, bijvoorbeeld door RNA in de origami te integreren. Aan het RNA kunnen nuttige of plaatsgebonden eiwitten zich hechten voor nog complexere vormen en eigenschappen.”