DNA‐Origami‐Vesikel‐Sensoren für gesteuerten Einzelmolekül‐Frachttransfer

AbstractVoraussetzung für Interaktionen mit lebenden Organismen ist in der Regel der Zugang zur Lipidmembran eines zellulären Systems. Für einen Nanoroboter, der mit einer Zelle interagiert, ist es deshalb zunächst wichtig eine Bindung an die Lipidmembran zu erkennen. Wir stellen in dieser Arbeit einen DNA‐Origami‐Biosensor vor, der Einzelmolekül‐Fluoreszenz‐Resonanz‐Energie‐Transfer (smFRET) als Transduktionsmechanismus nutzt, um Lipidvesikel präzise zu erkennen und der in der Lage ist Biomoleküle zu bewegen. Das System basiert auf einzelsträngiger DNA (ssDNA), die aus einer DNA‐Origami‐Nanostruktur herausragt und mit dem hydrophoben Farbstoff ATTO647N modifiziert ist. In einer Umgebung ohne Vesikel rollt sich die ssDNA zusammen, was zu einer hohen FRET‐Effizienz führt. Die Bindung eines Vesikels an Cholesterinanker auf dem DNA‐Origami bewirkt, dass durch das hydrophobe ATTO647N die ssDNA in Richtung der Lipiddoppelschicht verdrängt wird und sich dabei ausdehnt. Die größere Distanz zum FRET‐Donor im Origami resultiert in geringerer FRET‐Effizienz. Der Sensorstrang dient außerdem als molekulare Fracht, die durch eine ausgelöste Strangverschiebungsreaktion auf das Vesikel übertragen werden kann. Je nachdem, mit wie vielen Cholesterin‐Molekülen die Verdrängungsstränge funktionalisiert sind, wird die fluoreszierende Fracht entweder über Diffusion in benachbarte Vesikel übertragen oder eine stöchiometrische Anzahl an einzelnen Frachtgütern in das Vesikel auf dem Nanosensor übertragen. Unsere multifunktionale Plattform für Liposom‐Interaktion und Detektion eröffnet somit neue Möglichkeiten für innovative Anwendungen von Biosensoren und die gezielte, stöchiometrische Beladung von Vesikeln mit Einzelmolekülkontrolle.