O DNA tem uma função importante - diz às células quais proteínas produzir. Agora, uma equipe de pesquisa da Universidade de Delaware desenvolveu tecnologia para programar fitas de DNA em interruptores que ligam e desligam proteínas.

Wilfred Chen Group da UD descreve seus resultados em um artigo publicado na segunda-feira, 12 de março no jornal Química da Natureza . Essa tecnologia pode levar ao desenvolvimento de novas terapias contra o câncer e outras drogas.

Computando com DNA

Este projeto explora um campo emergente conhecido como computação de DNA. Dados que normalmente enviamos e recebemos na vida cotidiana, como mensagens de texto e fotos, utilizar código binário, que tem dois componentes - uns e zeros. DNA é essencialmente um código com quatro componentes, os nucleotídeos guanina, adenina, citosina, e timina. Nas células, o arranjo desses quatro nucleotídeos determina a saída - as proteínas feitas pelo DNA. Aqui, os cientistas adaptaram o código do DNA para projetar circuitos de DNA com portas lógicas.

"Depois de projetar o sistema, tivemos que primeiro ir para o laboratório e anexar essas fitas de DNA a várias proteínas que queríamos ser capazes de controlar, "disse a autora do estudo, Rebecca P. Chen, um estudante de doutorado em engenharia química e biomolecular (nenhuma relação com Wilfred Chen). As cadeias de DNA projetadas com sequência customizada foram solicitadas a um fabricante, enquanto as proteínas foram feitas e purificadas no laboratório. Próximo, a proteína foi anexada ao DNA para fazer conjugados proteína-DNA.

O grupo então testou os circuitos de DNA em bactérias E. coli e células humanas. As proteínas alvo organizadas, montado, e desmontados de acordo com seu projeto.

"Trabalhos anteriores mostraram como a nanotecnologia de DNA pode ser poderosa, e sabemos o quão poderosas são as proteínas dentro das células, "disse Rebecca P. Chen." Conseguimos ligar os dois. "

Aplicações para entrega de drogas

A equipe também demonstrou que seus dispositivos lógicos de DNA podem ativar um pró-fármaco não tóxico do câncer, 5-fluorocitosina, em sua forma quimioterápica tóxica, 5-fluorouracil. Os pró-fármacos do câncer são inativos até serem metabolizados em sua forma terapêutica. Nesse caso, os cientistas projetaram circuitos de DNA que controlavam a atividade de uma proteína responsável pela conversão do pró-fármaco em sua forma ativa. O circuito de DNA e a atividade da proteína foram "ligados" por entradas específicas de sequências de RNA / DNA, enquanto na ausência de tais entradas o sistema permaneceu "desligado".

Para fazer isso, os cientistas basearam suas entradas de sequência em microRNA, pequenas moléculas de RNA que regulam a expressão de genes celulares. MicroRNA em células cancerosas contém anomalias que não seriam encontradas em células saudáveis. Por exemplo, certos microRNA estão presentes nas células cancerosas, mas ausentes nas células saudáveis. O grupo calculou como os nucleotídeos devem ser arranjados para ativar o pró-fármaco do câncer na presença de microRNA do câncer, mas permaneça inativo e não tóxico em um ambiente não canceroso onde o microRNA está ausente. Quando os microRNAs de câncer estavam presentes e eram capazes de ligar o circuito de DNA, as células não conseguiram crescer. Quando o circuito foi desligado, as células cresceram normalmente.

Essa tecnologia pode ter amplas aplicações não apenas para outras doenças além do câncer, mas também além do campo biomédico. Por exemplo, a equipe de pesquisa demonstrou que sua tecnologia poderia ser aplicada à produção de biocombustíveis, ao utilizar sua tecnologia para guiar uma cascata enzimática, uma série de reações químicas, para quebrar uma fibra vegetal.

Usando a tecnologia desenvolvida recentemente, os pesquisadores poderiam ter como alvo qualquer sequência de DNA de sua escolha e anexar e controlar qualquer proteína que desejassem. Algum dia, pesquisadores poderiam "plug and play" DNA programado em uma variedade de células para tratar uma variedade de doenças, disse o autor do estudo Wilfred Chen, Gore Professor de Engenharia Química.

"Isso se baseia em um conceito muito simples, uma combinação lógica, mas somos os primeiros a fazê-lo funcionar, "disse ele." Pode abordar uma ampla gama de problemas, e isso o torna muito intrigante. "