Samenwerkende onderzoekers van universiteiten in Australië, Finland en die van Twente, zijn er in geslaagd de eiwitmantels van plantenvirussen te herprogrammeren in verschillende vormen. Om dat te kunnen realiseren hebben de wetenschappers DNA op nanoschaal gevouwen zodat dit dienst kan doen als mal waar de eiwitmantels zich omheen kunnen vormen. Een soort van DNA origami zoals de onderzoekers het proces benoemen.
Eiwitmantels van virussen hebben de potentie om als 'verpakking' van medicijnen te dienen. Die verpakking is nodig om medicijnen in een lichaam goed te kunnen vervoeren. Echter, hun vorm wordt met name bepaald door de genetische eigenschappen van het virus.
Door DNA op nanoschaal te vouwen kunnen de eiwitmantels van het virus die zich daaromheen vouwen geherprogrammeerd worden. De wetenschappers van verschillende samenwerkende universiteiten hebben de resultaten van hun DNA origami onlangs gepubliceerd in Nature Nanotechnology.
DNA origami
Voor de uitvinding werden dus zogenoemde DNA Origami structuren gebruikt. Die hebben een omvang van enkele tientallen tot honderden nanometers en zijn volledig gemaakt van DNA. Het heel precies vouwen van het DNA creëert een sjabloon waar de eiwitvirussen zich aan 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”, vertelt Jeroen Cornelissen.
Uiteindelijk bleken de viruseiwitten zelfs veel flexibeler dan dat vooraf gedacht werd. Daardoor slaagden de onderzoekers erin om met een eiwitmantel verschillende structuren, van rechte buizen tot een donut, te maken. "Die laatste is een bijna compleet tegenovergestelde vorm van de bolstructuur die de eiwitmantel normaal heeft. Het is een simpele, maar erg effectieve strategie om de viruseiwitten verschillende vormen aan te meten", aldus Cornelissen.
Vorming nanostructuren in beeld
Met cryogene elektronenmicroscopie konden de onderzoekers de vorming van de nanostructuren heel precies, tot op het niveau van individuele moleculen, in beeld brengen. Bij ca. -200 graden Celsius lukte het ook om zelfs de kleinste aanpassingen te meten. Het is de eerste keer dat de sterk geordende eiwitten op deze manier in beeld zijn gebracht. De onderzoekers zien dan ook veel potentie in deze nieuwe techniek.
“Onze aanpak is flexibel en niet beperkt tot één type eiwit, zoals we laten zien met eiwitten van vier verschillende virussen. 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", legt Aalto professor Mauri Kostiainen uit.
Jarenlange samenwerking
Dit werk is het resultaat van een jarenlange samenwerking van de Universiteit van Twente en de groep van Professor Kostiainen. Het werk 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.
De Universiteit Twente ziet al langer de meerwaarde van samenwerking voor medische innovaties. Daarvoor startte de Universiteit enkele jaren geleden het TechMed Centre. Dat richt zich vrijwel volledig op nnovatie in de gezondheidszorg via medische technologie. De visie van het TechMed Center is dat de ontwikkeling, evaluatie en passende implementatie van technologie duurzame en gepersonaliseerde gezondheid mogelijk maakt. Om dat te bereiken, brengt het TechMed Center studenten, wetenschappers, zorgprofessionals en ondernemers bij elkaar.
