O DNA evoluiu para armazenar informações genéticas, mas, em princípio, é especial, A molécula em forma de cadeia também pode ser adaptada para fazer novos materiais. Químicos do The Scripps Research Institute (TSRI) publicaram uma importante demonstração desse redirecionamento do DNA para criar novas substâncias com possíveis aplicações médicas.

Floyd Romesberg e Tingjian Chen da TSRI, em um estudo publicado online no periódico de química Angewandte Chemie , mostraram que eles poderiam fazer várias modificações químicas potencialmente valiosas nos nucleotídeos do DNA e produzir quantidades úteis do DNA modificado. Os químicos demonstraram sua nova abordagem, fazendo uma base de DNA, hidrogel de absorção de água que, em última análise, pode ter vários usos médicos e científicos.

"O DNA tem algumas propriedades únicas como material, e com esta nova capacidade de modificá-lo e replicá-lo como o DNA normal, podemos realmente começar a explorar algumas aplicações potenciais interessantes, "disse Romesberg, um professor de química no TSRI.

O laboratório de Romesberg na última década ajudou a criar métodos pioneiros para fazer DNA modificado, com o objetivo final de desenvolver novos medicamentos valiosos, sondas e materiais - até mesmo formas de vida artificiais. A equipe alcançou um marco importante no ano passado com um feito relatado na Nature Chemistry:o desenvolvimento de uma enzima DNA polimerase artificial que pode fazer cópias do DNA modificado, tanto quanto DNA polimerases normais replicam DNA normal.

As modificações de DNA testadas naquele estudo envolveram apenas a ligação de porções de flúor (F) ou metoxi (O-CH3) à estrutura de açúcar dos nucleotídeos de DNA - modificações que, em princípio, melhorariam as propriedades de drogas baseadas em DNA. No novo estudo, Chen e Romesberg demonstraram várias outras modificações que sua polimerase SFM4-3 pode replicar e, ao fazê-lo, abriu a porta para o design de DNA modificado para uma gama muito mais ampla de aplicações.

Uma das novas modificações adiciona um grupo azido (N3), um ponto de fixação conveniente para muitas outras moléculas por meio de um conjunto relativamente fácil de técnicas chamadas "química do clique, "também foi pioneiro no TSRI. Os químicos do TSRI mostraram que a polimerase SFM4-3 pode replicar nucleotídeos modificados com azido com fidelidade adequada e pode amplificar exponencialmente as fitas deste DNA modificado usando um método laboratorial comum, reação em cadeia da polimerase (PCR). A química do clique pode então ser usada para adicionar qualquer uma de uma ampla variedade de moléculas diferentes ao DNA por meio do grupo azido.

"Com o azido-DNA e a química do clique, fomos capazes de produzir DNA altamente funcionalizado, incluindo DNA modificado com uma concentração intensa de moléculas de farol fluorescente e DNA marcado com um identificador químico chamado biotina, "disse Chen, que é pesquisador associado de pós-doutorado no Laboratório Romesberg.

Os cientistas em uma demonstração mais avançada usaram a química do clique para prender vários filamentos de DNA a uma central, fita de DNA modificada com azido, criando uma estrutura de "escova de garrafa". Eles então usaram a montagem para amplificar o DNA via PCR para obter uma grande malha de DNA que - para sua surpresa - formou um hidrogel quando exposto à água.

"Os hidrogéis são um foco de grande interesse hoje em dia porque têm muitas aplicações potenciais, embora existam relativamente poucas maneiras de sua produção controlada, "Disse Romesberg.

O novo hidrogel baseado em DNA revelou ter algumas propriedades intrigantes. Chen e Romesberg descobriram que podiam dissolvê-lo com enzimas de corte de DNA e, posteriormente, reformá-lo em qualquer molde desejado usando enzimas de união de DNA, permitindo-lhes formar e reformar o hidrogel com novas estruturas estáveis. As proteínas de teste colocadas dentro do hidrogel também retiveram sua atividade bioquímica.

"Acreditamos que este hidrogel pode ter aplicações que vão desde novas formas de entrega de drogas ao crescimento de células em culturas tridimensionais, "Chen disse.

Os pesquisadores demonstraram que a polimerase SFM4-3 também pode ser usada para replicar e amplificar o DNA que foi modificado com três outros tipos de adições ao açúcar da estrutura principal:um grupo cloro (Cl) ou amino (NH2), ou um grupo hidroxila (OH) que se combina com a espinha dorsal para formar um açúcar arabinose.

Chen e Romesberg estão agora procurando por modificações adicionais de DNA que podem ser replicadas usando a polimerase SFM4-3. Ao mesmo tempo, os pesquisadores estão buscando aplicações específicas de seu DNA modificado, incluindo novos hidrogéis.

"Dado que o DNA pode ter sequências diferentes que conferem propriedades diferentes, podemos até começar a pensar em evoluir nanomateriais com as atividades desejadas, "Disse Romesberg.