Plak je stukjes DNA op gouden nanodeeltjes, dan krijg je een multi-machine communicatienetwerk dat de adaptieve immuunrespons nabootst, compleet met werkend geheugen, aldus een paper in Journal of the American Chemical Society.

De adaptieve immuunrespons (AIR) bestaat uit vier stappen. Eerst binden dendritische cellen (DC’s) een binnengekomen pathogeen. Die nemen ze vervolgens mee naar een omgeving waar zich naïeve T-cellen bevinden en de DC’s bieden dan antigenen aan op de buitenkant van hun celmembraan.

De T-cellen nemen dat over en activeren daardoor tot T-helpercellen. De combinatie van het pathogeen en de T-helpercel activeert vervolgens de naïeve B-cellen die dan antilichamen uitscheiden en daarna dat specifieke antilichaam opslaan in B-geheugencellen, die in een tweede respons sneller en sterker reageren op hetzelfde pathogeen.

Bin-Cheng Yin, Bang-Ce Ye en collega’s van de East China University of Technology and Science hebben deze vier stappen weten te vangen in DNA-machines. Ze ontwikkelden drie componenten op basis van nanogouddeeltjes en stukjes DNA die corresponderen met DC’s, T-cellen en B-cellen. De onderzoekers noemen het een multimachine communicatienetwerk (MMCN) en verschilt met eerder onderzoek omdat ze vroeger geen nanodeeltjes gebruikten, maar slechts losse DNA-strengen.

Voetjes

Dit MMCN bestaat dus uit drie nanomachines die geprogrammeerd zijn met modules, waaronder traceer-, bewegings- en brandstofmodules. Er zijn twee typen traceerders: een dubbelstrengsstructuur voor machine DC (die de dendritische cellen nabootst) en machine B (die de B-cellen nabootst), en een structuur met drie strengen DNA voor machine T (die T-cellen nabootst). De modules bevatten op de strengen extra kenmerken, zoals een thiol om de streng te koppelen aan het nanogouddeeltje en een fluorofoor die oplicht bij reactie.

Voor het bewegen ontwikkelden de onderzoekers wederom twee typen. Als eerste een hairpin-locked leg, die zowel aan pathogenen, machine B als machine T kan binden, en als tweede een bipedal leg die twee losse ‘voetjes’ heeft en daarmee ook aan machine T kan binden. Voor de energie die nodig is voor het bewegen zijn er twee enkelstrengsopties ontworpen: een stukje voor machine DC en voor machine T.

Als ‘trigger’ voor het hele systeem kozen Ye en collega’s voor een stukje hiv-DNA, dat hetzelfde werkt als de brandstofmodules. Zonder dit pathogeen blijven de drie machines in een naïeve, inactieve evenwichtstoestand, maar zodra het pathogeen binnendringt, speelt zich een cascade aan reacties af die sterk lijkt op het verloop van de menselijke adaptieve immuunrespons zoals hierboven beschreven.

Zodra het MMCN alle pathogenen heeft gebonden aan de B-machines, gaat het systeem terug naar de originele toestand, terwijl de gebonden B-machines op die manier als geheugen blijven werken. Bij een tweede invasie van hetzelfde pathogeen komt er een snellere en betere reactie.

De hoge mate van individualiteit en aanpasbaarheid van de machientjes stemt de auteurs hoopvol dat je in de toekomst nog veel ingewikkeldere netwerken kunt maken, onder andere met bijvoorbeeld micro-RNA en aptameren.

_{Ma, P. Q. et al. (2020). J. Am. Chem. Soc. 142(8)}