Os inúmeros processos que ocorrem nas células biológicas podem parecer incrivelmente complexos à primeira vista. E ainda, em princípio, eles são apenas uma sucessão lógica de eventos, e pode até ser usado para formar circuitos digitais. Os pesquisadores desenvolveram agora um circuito de comutação molecular feito de DNA, que pode ser usado para alterar géis mecanicamente, dependendo do pH. Os circuitos de comutação baseados em DNA podem ter aplicações em robótica suave, dizem os pesquisadores em seu artigo em Angewandte Chemie.

O DNA é uma longa molécula que pode ser dobrada e torcida de várias maneiras. Ele tem um backbone e bases que se projetam para fora do backbone e se emparelham com contrapartes em outras fitas de DNA. Quando uma série desses pares coincidentes se reúnem, eles formam uma torcida, fita dupla em forma de escada - a conhecida dupla hélice do DNA. A flexibilidade do DNA, o que torna possível produzir curvas, rotações, e uma grande variedade de outras formas, inspirou pesquisadores a construir interruptores de DNA. Essas chaves mudam de forma depois de receber uma entrada, e pode então afetar seus arredores.

Hao Pei do Laboratório Chave de Química Verde e Processos Químicos de Xangai na Universidade Normal da China Oriental em Xangai, China, e colegas desenvolveram agora um configurável, Rede de comutação lógica multimodo que reage de maneira diferente com os arredores, dependendo do pH e da entrada de DNA. Todos os componentes do circuito de comutação foram produzidos a partir do DNA.

A equipe desenvolveu uma série de quatro interruptores de DNA, cada um com comprimentos e combinações de bases ligeiramente diferentes. Essas variações significam que eles reagiram de maneira diferente com uma única fita de DNA, dependendo do pH do ambiente. Por exemplo, a um pH ligeiramente alcalino de 8, dois dos interruptores formaram DNA de fita tripla (triplexes), enquanto os outros permaneceram vagamente esticados. Essas reações e dobras levaram a reações secundárias, que foram utilizadas pelos pesquisadores como funções lógicas no circuito de comutação. O resultado foi, por exemplo, um sinal fluorescente que pode ser lido como uma saída.

Para demonstrar o uso do circuito de comutação em um sistema mecânico real, a equipe incorporou as chaves de DNA em géis de poliacrilamida. O DNA agiu como um reticulador, juntando as moléculas de polímero no gel. Quanto mais curto for o reticulador, ou quanto mais dobrado o DNA, mais denso o gel se tornou. Assim que um pedaço de DNA com bases correspondentes foi adicionado como uma entrada, um circuito lógico foi instalado, fazendo com que os interruptores de DNA se desdobrem, forma triplexes, ou relaxe. O circuito da reação também era dependente do pH. Como resultado, certas combinações de entrada de DNA e faixa de pH fizeram com que o reticulador de DNA crescesse mais e o gel inchasse, em alguns casos, quase dobrando de tamanho.

Como os interruptores de DNA têm possibilidades quase infinitas para combinações de torções e dobras, os pesquisadores consideram seus circuitos de comutação um passo vital para a robótica de matéria mole, onde controlável, redes lógicas funcionais miniaturizadas são importantes.