p (PhysOrg.com) - Grafeno e DNA podem se combinar para criar um biossensor estável e preciso, relata um estudo publicado na revista nanotecnologia Small. O minúsculo biossensor pode eventualmente ajudar médicos e pesquisadores a entender e diagnosticar melhor as doenças. p Cientistas do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia e da Universidade de Princeton mostraram que o DNA de fita simples interage fortemente com o grafeno, um nanomaterial feito de folhas de átomos de carbono com apenas um único átomo de espessura. Eles também descobriram que o grafeno protege o DNA de ser quebrado por enzimas semelhantes às encontradas nos fluidos corporais - uma característica que deve tornar os biossensores de grafeno-DNA altamente duráveis.

p “O grafeno é de grande interesse porque possui várias características únicas, incluindo ser fácil e relativamente barato de fazer, "disse o químico da PNNL Yuehe Lin, o autor correspondente do artigo. "Mas muito poucos haviam explorado sistematicamente como o grafeno interagia com o DNA usando várias técnicas espectroscópicas até que demos uma olhada. Descobrimos que eles formam um par perfeito."

p Os cientistas têm explorado o potencial da nanotecnologia - ou materiais minúsculos que têm apenas um bilionésimo de metro de tamanho - por várias décadas. Um número crescente de cientistas está se concentrando no grafeno porque é supercondutor, é excepcionalmente forte e tem uma grande área de superfície. Também é mais fácil de fazer e usar do que outros nanomateriais, como nanotubos de carbono. A nanotecnologia pode ajudar a criar novos medicamentos, administrar remédios e desenvolver biossensores de detecção de doenças.

p Um biossensor de grafeno-DNA detectaria doenças pescando as moléculas envolvidas na doença. Como amarrar um verme em um anzol, os cientistas colocariam DNA de um gene conhecido por contribuir para o desenvolvimento de uma doença em um pedaço de grafeno. Os pesquisadores então mergulhariam o gancho do biossensor no sangue tratado, saliva ou outro fluido corporal. Se o DNA do gene causador da doença estiver no fluido e morder a isca, o biossensor emite um sinal que os cientistas podem detectar.

p A natureza de fita dupla do DNA em nossos genes torna esse esquema de pesca possível. O DNA de fita dupla normal parece uma escada torcida. Mas o DNA de fita simples parece um pente:é feito de uma sequência de letras de DNA, ou bases, que se projetam do backbone e procuram outra base para formar par. Quando as sequências complementares no DNA de fita simples se encontram, as bases formam os degraus da escada torcida.

p Para projetar biossensores de DNA-grafeno, os cientistas precisam entender como o DNA e o grafeno interagem. Lin e colegas, incluindo o autor principal e então pesquisador de pós-doutorado do PNNL Zhiwen Tang, anexou uma molécula fluorescente ao DNA que brilha quando o DNA flutua livremente para seguir o DNA em tubos de ensaio. Próximo, eles misturaram o DNA brilhante e o grafeno. O DNA de fita simples escureceu quando entrou em contato com o grafeno. Mas o brilho do DNA de fita dupla diminuiu apenas ligeiramente nas mesmas condições. Uma análise posterior com vários testes de espectroscopia mostrou que a interação do grafeno com o DNA de fita simples é muito mais forte do que com seu primo de fita dupla. Os testes também sugeriram que o grafeno alterou a estrutura do DNA de fita simples.

p Para descobrir se o DNA de fita simples pode ser extraído do grafeno tornando-o de fita dupla, os pesquisadores acrescentaram claramente, DNA de fita simples que tinha uma sequência complementar de bases de DNA. O DNA de fita simples original brilhou novamente. Isso indicava que a fita única original de DNA combinou-se com a fita de DNA adicionada e formou uma nova molécula que se desprendeu da superfície do grafeno.

p Os cientistas então testaram o quão exigente era o DNA de fita simples do grafeno em relação aos parceiros. Eles colocaram os biossensores de grafeno-DNA em dois tubos de ensaio diferentes. Em um, eles adicionaram uma fita de DNA complementar com bases que eram uma combinação perfeita com o DNA já anexado ao grafeno. No outro, eles colocaram uma fita de DNA complementar que tinha uma base que não emparelhava com a fita de DNA original na superfície do grafeno.

p Ambos emitiram mais luz depois que o DNA complementar foi introduzido. Mas a luz do tubo com as fitas de DNA perfeitamente combinadas era duas vezes mais brilhante do que a luz do tubo com as fitas de DNA ligeiramente incompatíveis. A capacidade de identificar se uma fita de DNA alvo foi encontrada dentro de uma correspondência de base - chamada de alta especificidade - deve tornar os biossensores de grafeno-DNA mais precisos do que outros, biossensores lineares convencionais de DNA, os cientistas escreveram.

p O grafeno também ajuda a tornar o DNA durável, os cientistas aprenderam. Eles colocaram dois tipos de DNA de fita simples - um que foi anexado ao grafeno, e outro que estava flutuando livremente - em tubos de ensaio. Eles adicionaram DNAse - uma enzima que mastiga o DNA - a ambos e descobriram que as fitas livres de DNA foram quebradas, enquanto as nanoestruturas de grafeno-DNA permaneceram intactas por pelo menos 60 minutos. Os cientistas sugeriram que essa proteção poderia criar plataformas de DNA-grafeno adequadas para imagens e entrega de genes em pacientes.

p "O design simples e a tremenda durabilidade dos biossensores de grafeno-DNA tornam o diagnóstico de doenças potencialmente fatais com eles uma possibilidade, "Disse Lin." Agora, meus colegas e eu vamos olhar para ver se a capacidade do grafeno de proteger o DNA contra enzimas poderia ajudar as estruturas de DNA-grafeno a entregar medicamentos às células doentes ou mesmo ajudar na terapia genética.

p A Universidade de Princeton forneceu o grafeno e a Iniciativa de Ciência de Materiais Transformacionais do PNNL pagos para este estudo. Algumas das pesquisas foram conduzidas na EMSL, o Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais, uma instalação de usuário científico nacional localizada no PNNL.