Como material genético, O DNA é responsável por todas as formas de vida conhecidas. Mas o DNA também é um polímero. Aproveitando a natureza única da molécula, Os engenheiros da Cornell criaram máquinas simples construídas com biomateriais com propriedades de seres vivos.

Usando o que eles chamam de materiais DASH (Montagem e Síntese Hierárquica baseada em DNA), Os engenheiros da Cornell construíram um material de DNA com capacidade de metabolismo, além da automontagem e organização - três características principais da vida.

"Estamos apresentando um novo, conceito de material realista alimentado por seu próprio metabolismo artificial. Não estamos fazendo algo que está vivo, mas estamos criando materiais que são muito mais realistas do que nunca, "disse Dan Luo, professor de engenharia biológica e ambiental na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida.

O papel, "Dynamic DNA Material With Emergent Locomotion Behavior Powered by Artificial Metabolism, "publicado em 10 de abril em Ciência Robótica .

Para qualquer organismo vivo se manter, deve haver um sistema para gerenciar a mudança. Novas células devem ser geradas; células velhas e resíduos devem ser eliminados. A biossíntese e a biodegradação são elementos-chave da autossustentabilidade e requerem metabolismo para manter sua forma e funções.

Por meio deste sistema, As moléculas de DNA são sintetizadas e montadas em padrões de forma hierárquica, resultando em algo que pode perpetuar uma dinâmica, processo autônomo de crescimento e decadência.

Usando DASH, os engenheiros da Cornell criaram um biomaterial que pode emergir autonomamente de seus blocos de construção em nanoescala e se organizar - primeiro em polímeros e, finalmente, em formas de mesoescala. A partir de uma sequência de semente de base de 55 nucleotídeos, as moléculas de DNA foram multiplicadas centenas de milhares de vezes, criando cadeias de repetição de DNA com alguns milímetros de tamanho. A solução de reação foi então injetada em um dispositivo microfluídico que forneceu um fluxo líquido de energia e os blocos de construção necessários para a biossíntese.

À medida que o fluxo percorria o material, o DNA sintetizou suas próprias novas fitas, com a extremidade dianteira do material crescendo e a extremidade traseira se degradando em equilíbrio otimizado. Desta maneira, fez sua própria locomoção, rastejando para frente, contra o fluxo, de uma forma semelhante à forma como os fungos viscosos se movem.

A habilidade locomotiva permitiu aos pesquisadores confrontar conjuntos do material em corridas competitivas. Devido à aleatoriedade do ambiente, um corpo acabaria ganhando uma vantagem sobre o outro, permitindo que alguém cruze a linha de chegada primeiro.

"Os designs ainda são primitivos, mas eles mostraram uma nova rota para criar máquinas dinâmicas a partir de biomoléculas. Estamos na primeira etapa da construção de robôs realistas por meio do metabolismo artificial, "disse Shogo Hamada, conferencista e associado de pesquisa no laboratório Luo, e autor principal e co-correspondente do artigo. "Mesmo com um design simples, fomos capazes de criar comportamentos sofisticados, como corrida. O metabolismo artificial pode abrir uma nova fronteira na robótica. "

Os engenheiros estão atualmente explorando maneiras de fazer com que o material reconheça estímulos e seja capaz de buscá-lo autonomamente no caso de luz ou comida, ou evite se for prejudicial.

O metabolismo programado embutido em materiais de DNA é a inovação chave. O DNA contém o conjunto de instruções para o metabolismo e a regeneração autônoma. Depois disso, está sozinho.

"Tudo, desde sua capacidade de se mover e competir, todos esses processos são independentes. Não há interferência externa, "Luo disse." A vida começou a bilhões de anos, talvez de apenas alguns tipos de moléculas. Isso pode ser o mesmo. "

O material criado pela equipe pode durar dois ciclos de síntese e degradação antes de expirar. A longevidade provavelmente pode ser estendida, de acordo com os pesquisadores, abrindo a possibilidade de mais "gerações" do material à medida que ele se auto-replica. "Em última análise, o sistema pode levar a máquinas de auto-reprodução realistas, "Hamada disse.

"Mais empolgante, o uso de DNA dá a todo o sistema uma possibilidade auto-evolutiva, "Luo disse." Isso é enorme. "

Teoricamente, ele poderia ser projetado para que as gerações subsequentes surjam em segundos. A reprodução neste ritmo acelerado tiraria vantagem das propriedades mutacionais naturais do DNA e aceleraria o processo evolutivo, de acordo com Luo.

No futuro, o sistema poderia ser usado como um biossensor para detectar a presença de qualquer DNA e RNA. O conceito também pode ser usado para criar um modelo dinâmico para a produção de proteínas sem células vivas.

Existe uma patente pendente no Center for Technology Licensing.