p O objetivo central da nanotecnologia é a manipulação de materiais em escala atômica ou molecular, especialmente para construir dispositivos ou estruturas microscópicas. As gaiolas tridimensionais são um dos alvos mais importantes, tanto por sua simplicidade quanto por sua aplicação como portadores de fármacos para a medicina. A nanotecnologia de DNA usa moléculas de DNA como "Legos" programáveis ​​para montar estruturas com um controle não possível com outras moléculas. p Contudo, a estrutura do DNA é muito simples e carece da diversidade de proteínas que compõem a maioria das gaiolas naturais, como vírus. Infelizmente, é muito difícil controlar a montagem de proteínas com a precisão do DNA. Isso é, até recentemente. Nicholas Stephanopoulos - professor assistente do Centro de Biodesign para Design Molecular e Biomimética da Arizona State University, e a Escola de Ciências Moleculares - e sua equipe construiu uma gaiola construída com blocos de construção de proteína e DNA por meio do uso de conjugados covalentes de proteína-DNA.

p Em um artigo publicado em ACS Nano , Stephanopoulos modificou uma proteína homotrimérica (uma enzima natural chamada KDPG aldolase) com três identificadores de DNA de fita única idênticos, funcionalizando um resíduo de cisteína reativo introduzido na superfície da proteína. Esta proteína-DNA "Lego" foi co-montada com uma estrutura triangular de DNA com três braços complementares às alças, resultando em gaiolas tetraédricas compostas por seis lados de DNA tampados pelo trímero de proteína. As dimensões da gaiola puderam ser ajustadas através do número de voltas por braço de DNA e as estruturas híbridas foram purificadas e caracterizadas para confirmar a estrutura tridimensional.

p As gaiolas também foram modificadas com DNA usando química de clique, que é um tipo personalizado de química, para criar elementos rapidamente com grande confiabilidade juntando unidades microscópicas demonstrando a generalidade do método.

p "A abordagem do meu laboratório permitirá a construção de nanomateriais que possuem as vantagens da nanotecnologia de proteína e DNA, e encontrar aplicativos em áreas como entrega direcionada, biologia estrutural, biomedicina, e materiais catalíticos, "Stephanopoulos disse.

p Stephanopoulos e sua equipe veem uma oportunidade com gaiolas híbridas - mesclando blocos de construção de proteínas de automontagem com um arcabouço de DNA sintético - que poderiam combinar a bioatividade e a diversidade química do primeiro com a programabilidade do último. E é isso que eles se propuseram a criar - uma estrutura híbrida construída por meio da conjugação química de um oligonucleotídeo (um filamento de DNA sintético) que manipula um bloco de construção de proteína. A base triangular com três alças de DNA de fita simples complementares é automontada e purificada separadamente por aquecimento para alterar suas propriedades.

p "Concluímos que, ao projetar esses dois blocos de construção purificados, eles se encaixariam espontaneamente de uma forma programável, usando as propriedades de reconhecimento das alças de DNA, ", Disse Stephanopoulos." Era especialmente importante usar uma proteína altamente estável termicamente como esta aldolase, porque esta automontagem só funciona a 55 graus Celsius, e muitas proteínas se desintegram nessas temperaturas. "

p Outra vantagem do DNA, o que não é possível com proteínas, está ajustando o tamanho da gaiola sem ter que reprojetar todos os componentes. Stephanopoulos continuou, "O tamanho desta montagem poderia ser racionalmente ajustado mudando o comprimento de cada borda do DNA, enquanto a proteína forneceria um arcabouço para a fixação de pequenas moléculas, direcionar peptídeos ou mesmo proteínas de fusão. "

p Embora existam outros exemplos de estruturas híbridas, esta gaiola em particular é a primeira construída por meio de conjugação química de alças de oligonucleotídeo em um bloco de construção de proteína. Esta estratégia pode, em princípio, ser expandida para uma ampla gama de proteínas (algumas com habilidades de direcionamento ao câncer, por exemplo). Assim, O trabalho de Stephanopoulos tem o potencial de permitir um novo campo híbrido de nanotecnologia de proteína-DNA com aplicações que não são possíveis com proteínas ou DNA sozinho.