Onderzoekers hebben een nieuw type moleculaire val ontwikkeld. Daarmee wordt het mogelijk om een afzonderlijk eiwit urenlang op zijn plaats te houden voor gedetailleerd onderzoek. Een revolutie die kan leiden tot nieuwe innovaties in onder andere de biomedische wetenschappen en biotechnologie. De zogenoemde NEOtrap combineert twee nanotechnologieën: vaste stof nanogaatjes en DNA-origami.
Eiwitten spelen een cruciale rol in het leven. Ze zorgen onder andere voor zicht en de neurale verbindingen die nodig zijn om bijvoorbeeld te lezen. De kennis over de dynamica van eiwitten is echter nog steeds beperkt. De nieuwe techniek kan daar verandering in aanbrengen en zorgen voor nieuwe innovaties.
Grote stap voorwaarts
Het onderzoek, dat werd uitgevoerd door de technische universiteiten van Delft en München, heeft geleid tot de ontwikkeling van een nieuwe techniek: de Nanopore Electro-Osmotic trap of NEOtrap. Daarmee worden afzonderlijke eiwitten tot wel een miljoen keer langer op hun plaats gehouden waardoor ze veel langer bestudeerd kunnen worden. De resultaten van het onderzoek, dat onder leiding stond van Cees Dekker van de TU Delft, is onlangs gepubliceerd in Nature Nanotechnology.
"Deze techniek is echt een grote stap voorwaarts. Een anonieme reviewer van ons artikel noemde het 'een van de grootste doorbraken op het gebied van nanopore sensing'. Extra bijzonder is dat de NEOtrap ons in staat stelt om een afzonderlijk eiwit in zijn natuurlijke vorm te bestuderen, dus zonder dat we het molecuul eerst chemisch moeten modificeren zoals bij andere technieken gebruikelijk is. De NEOtrap kan onderzoekers bijvoorbeeld helpen bij het ontrafelen van het onderliggende mechanisme waarmee enzymen en andere belangrijke eiwitten hun vorm aanpassen om chemische reacties mogelijk te maken", aldus Dekker.
NEOtrap voor bestudering eiwitten
De NEOtrap combineert twee nanotechnologieën: vaste stof nanogaatjes en DNA-origami. Nanogaatjes zijn minuscule gaatjes die wetenschappers als sensoren gebruiken voor afzonderlijke moleculen zoals eiwitten. Normaal gesproken verblijft een eiwit slechts een paar microseconden in zo’n gaatje, waardoor er maar zeer kort informatie kan worden verzameld.
Door het nanogaatje als een kurk op een fles af te sluiten met een nanobal gemaakt van louter DNA (!), kunnen de onderzoekers een eiwit urenlang vasthouden en bestuderen. Die nanobal is gemaakt met behulp van 'DNA-origami' door de wetenschappers van Hendrik Dietz aan de Technische Universiteit van München. ‘DNA-origami’ is een techniek die de vouwtechnieken van origami op macroschaal nabootst, maar dan met DNA in plaats van papier.
"De DNA-origami nanobal gedraagt zich als een spons die water door het nanogaatje aanzuigt. Daarmee trekt het een afzonderlijk eiwit aan en vangt het deze in het nanogaatje. Het eiwit kan hierdoor over een zeer lange periode bestudeerd worden. We hebben al laten zien dat we met onze techniek onderscheid kunnen maken tussen verschillende soorten eiwitten, en zelfs tussen de verschillende vormen die een enkel eiwit kan aannemen", vertelt Sonja Schmid, eerste auteur van het artikel, over de ontwikkeling van de NEOtrap.
De NEOtrap zal onderzoekers in staat stellen geheel nieuwe experimenten uit te voeren. Experimenten waarmee ze tot nu toe onbekende functies van eiwitten kunnen ontdekken. Dat kan dan weer leiden tot een stroom aan innovaties in de biomedische wetenschappen, biotechnologie, en dergelijke.
