Uma equipe de cientistas da Alemanha e da China compartilhou os resultados de um experimento incrível. Os cientistas criaram um nanobot de DNA, que consiste em apenas uma molécula, e o lançaram em um labirinto bidimensional, projetado com base no princípio do origami. O chamado navegador do DNA conseguiu encontrar uma saída.
Lembre-se de que a tecnologia de origami de DNA permite criar várias estruturas a partir de fitas de DNA. Isso é possível porque as moléculas de DNA longas são compostas por nucleotídeos que formam pares: adenina com timina, citosina com guanina. Especificando a sequência de nucleotídeos na cadeia, você pode conseguir que ela se dobre e se prenda nos lugares certos e no ângulo certo. Desta forma, você pode criar um número infinito de estruturas.
Neste caso, uma equipe liderada por Friedrich Simmel da Universidade Técnica de Munique e Chunhai Fan da Academia Chinesa de Ciências usou a tecnologia de origami de DNA para criar um labirinto que se assemelha a um gráfico de árvore matemática. Nesse caso, as “passagens” do labirinto têm os chamados grampos de DNA, aos quais outra molécula pode se ligar. Ao mesmo tempo, áreas sem essas “pistas” funcionam como “paredes”.
É especificado que o labirinto resultante é estruturalmente equivalente a uma árvore com raiz de dez vértices (o diagrama é mostrado abaixo). Ele contém uma entrada e uma saída.
Um labirinto é estruturalmente equivalente a uma árvore com raiz de dez vértices. O vértice A marca a entrada. As rotas possíveis são marcadas em vermelho, mas apenas uma (à direita) está correta. Ilustração da Nature Materials.
Os autores do trabalho explicam que o minúsculo dispositivo que eles criaram é chamado de DNA walker. Ele se move através de reações em cadeia de hibridização de DNA (a combinação de ácidos nucleicos de fita simples adequados em uma molécula).
Segundo ele, esse mecanismo fornece a capacidade de girar nas passagens do labirinto. Como resultado, se vários nanorrobôs de DNA forem lançados em tal estrutura, cada um deles será capaz de explorar de forma independente uma das rotas possíveis, o que fornecerá uma pesquisa paralela em profundidade (este é um dos métodos para percorrer o gráfico).
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Para ajudar o nanobô de DNA a escolher o único caminho correto entre muitas opções, os cientistas modificaram quimicamente o topo do gráfico da árvore que representa a saída.
Para ajudar o nanobô de DNA a escolher o caminho certo entre uma variedade de opções, os cientistas modificaram quimicamente a saída do labirinto. Ilustração da Nature Materials.
Durante os experimentos, os especialistas observaram os movimentos dos navegadores de DNA usando um microscópio de varredura de força atômica e um microscópio de altíssima resolução. O primeiro método permite rastrear rotas pavimentadas e áreas que o DNA walker ainda não visitou. O segundo método fornece visualização fluorescente da rota com resolução em nanoescala.
Os pesquisadores estão confiantes de que esse tipo de desenvolvimento ajudará a expandir as oportunidades no campo da nanotecnologia, automontagem biomolecular e inteligência artificial. Esses navegadores de DNA podem ser usados para armazenar e transmitir informações, bem como na medicina, para o diagnóstico e tratamento de várias doenças, incluindo oncologia.
Este trabalho é descrito com mais detalhes em um artigo publicado na revista Nature Materials.
Yulia Vorobyova
