Cientistas de materiais escreveram a receita sobre como usar uma enzima estranha para construir novos biomateriais a partir do DNA. O trabalho fornece instruções para pesquisadores de todo o mundo construirem moléculas de automontagem para aplicações que vão desde a entrega de medicamentos a nanofios.

A maquinaria molecular do corpo humano normalmente depende de modelos genéticos para realizar a construção. Por exemplo, máquinas moleculares chamadas polimerases de DNA leem o DNA base por base para construir cópias precisas.

Existem, Contudo, algumas ovelhas negras no mundo da biologia molecular que não requerem um modelo. Um tal outlier, chamado de desoxinucleotidil transferase terminal (TdT), atua no sistema imunológico e catalisa a adição livre de molde de nucleotídeos - os blocos de construção do DNA - a um DNA de fita simples.

Seqüências de nucleotídeos aparentemente aleatórias em uma única fita de DNA não parecem ter muito uso biológico - mas os cientistas de materiais descobriram o que fazer com isso.

Em um novo jornal, Os pesquisadores da Duke University se baseiam em seu trabalho anterior e agora descrevem em detalhes como a enzima TdT pode produzir alto peso molecular, estruturas biomoleculares sintéticas com muito mais facilidade do que os métodos atuais. Os pesquisadores podem adaptar a síntese para criar DNA de fita simples que se auto-monta em recipientes semelhantes a bolas para a administração de drogas ou para incorporar nucleotídeos não naturais para fornecer acesso a uma ampla gama de habilidades úteis do ponto de vista médico.

Os resultados aparecem online em 15 de maio, 2017 no jornal Angewandte Chemie International Edition .

"Somos os primeiros a mostrar como o TdT pode construir fitas simples de DNA altamente controladas que podem se automontar em estruturas maiores, "disse Stefan Zauscher, o professor da família Sternberg de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Duke University. “Materiais semelhantes já podem ser feitos, mas o processo é longo e complicado, exigindo reações múltiplas. Podemos fazer isso em uma fração do tempo em uma única panela. "

TdT tem vantagem sobre o típico, reações sintéticas de construção de cadeia, pois continua a adicionar nucleotídeos ao final da cadeia crescente, desde que estejam disponíveis. Isso abre um vasto espaço de design para cientistas de materiais.

Como todas as enzimas funcionam no mesmo ritmo e nunca param, as fitas de DNA resultantes são todas muito próximas em tamanho - uma característica importante para controlar suas propriedades mecânicas. O processo sem fim também significa que os pesquisadores podem forçar a alimentação de TdT com qualquer nucleotídeo que desejarem - mesmo os não naturais - simplesmente sem fornecer outras opções.

"Seu corpo produz fitas de DNA a partir de apenas quatro nucleotídeos - adenina, guanina, citosina e uracila, "disse Chilkoti, o professor Alan L. Kaganov e chefe do departamento de engenharia biomédica da Duke. "Mas podemos criar nucleotídeos sintéticos e forçar a enzima a incorporá-los. Isso abre muitas portas na fabricação de polímeros baseados em DNA para diferentes aplicações."

Por exemplo, nucleotídeos não naturais podem incorporar moléculas projetadas para facilitar a "química do clique" - permitindo a fixação de um conjunto completo de biomoléculas. Os pesquisadores também podem iniciar o processo de construção com uma base feita de uma sequência de DNA específica, chamado de aptâmero, que podem ter como alvo proteínas e células específicas.

"Esta enzima existe há décadas, mas esta é a primeira vez que alguém mapeou esses conceitos em um projeto para sintetizar uma nova família de polinucleotídeos, "disse Zauscher." No passado, os bioquímicos têm se interessado amplamente no que a TdT faz no sistema imunológico humano e como o faz. Não nos importamos com tudo isso, estamos apenas interessados ​​em quais blocos de construção materiais podemos fazer com ele. E a precisão com a qual podemos fazer polímeros com esta enzima é realmente excepcional. "