Mit einer Nanomaschine aus DNA haben indische Forscher einen Lackmustest für Teile einzelner Zellen geschaffen. Das neue Molekül der Gruppe um Yamuna Krishnan vom Tata-Institut für Grundlagenforschung in Bangalore kombiniert zwei Farbstoffe und eine Art Klappscharnier aus DNA. Die Farbstoffe hängen an den Enden des Scharniers – klappt es zusammen, kommen die Farbstoffe in engen Kontakt und ändern daraufhin die von ihnen ausgesendete Lichtfarbe. Ob das Scharnier seine Form ändert, hängt wiederum vom pH-Wert der Umgebung ab. Die winzige Konstruktion trägt den Namen I-switch und zeigt den pH-Wechsel derzeit besonders gut in einem engen Bereich zwischen 5,8 und 7.

Selbst wer der Chemie wenig abgewinnt, hat vom Lackmustest gehört: In saurer Umgebung ist dieser Farbstoff rot, in alkalischer Umgebung blau. Experimente mit diesem Farbumschlag sind eindrucksvolle Experimente für Kinder. Krishnan hat anderes im Sinn: Er möchte herausfinden, wie sich der pH-Wert in einzelnen Bereichen von Zellen ändert. Wie sich dies beobachten lässt, demonstriert er im Journal "Nature Nanotechnology".

Farbänderung durch Klappmechanismus

Sein Molekül nutzt eine besondere chemische Eigenart der beiden verwendeten Fluoreszenz-Farbstoffe. Wenn sie mit Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt werden, senden sie eine andere Wellenlänge zurück. Werden solche Farbstoffe chemisch verändert, strahlen sie andersfarbiges Licht zurück – Biologen und Chemiker haben auf diese Weise eine Vielzahl von Farbstoffen geschaffen. Kommen sich Krishnans Farbstoffe durch das Zusammenklappen des Scharniers sehr nahe, ändert sich die Farbe des ausgesandten Lichtes ebenfalls – mehr Säure verschiebt das Licht ins Rote (fluorescence resonance energy transfer, FRET).

Die indischen Forscher gaben I-Switch zu einer Zellkultur. Die Zellen nahmen das Mini-Molekül an ihrer Oberfläche auf und transportierten es in ihren Endosomen, das sind feine, mit Flüssigkeit gefüllte Bläschen, die der Verdauung dienen und im Lauf der Zeit immer saurer werden. Dieser Vorgang zeigte sich im Farbwechsel der neuen Nanomaschine.