p Duas barreiras principais para o avanço da nanotecnologia de DNA além do laboratório de pesquisa foram derrubadas. Esta tecnologia emergente emprega DNA como um material de construção programável para auto-montagem, estruturas em escala nanométrica. Muitas aplicações práticas foram imaginadas, e pesquisadores demonstraram recentemente um canal de membrana sintética feito de DNA. Até agora, Contudo, os processos de design foram prejudicados pela falta de feedback estrutural. A montagem foi lenta e freqüentemente de baixa qualidade. Agora, os pesquisadores liderados pelo Prof. Hendrik Dietz da Technische Universitaet Muenchen (TUM) removeram esses obstáculos. p Uma barreira que impedia o avanço do campo era uma suposição não comprovada. Os pesquisadores foram capazes de projetar uma ampla variedade de objetos discretos e especificar exatamente como os filamentos de DNA deveriam se unir e se dobrar nas formas desejadas. Eles poderiam mostrar que as nanoestruturas resultantes combinavam de perto com os designs. Ainda faltando, no entanto, foi a validação do controle posicional preciso da escala do subnanômetro assumido. Isso foi confirmado pela primeira vez por meio da análise de um objeto de teste projetado especificamente para esse propósito. Um avanço técnico baseado em avanços na compreensão fundamental, esta demonstração forneceu uma verificação da realidade crucial para a nanotecnologia de DNA.

p Em um conjunto separado de experimentos, os pesquisadores descobriram que o tempo que leva para fazer um lote de objetos complexos baseados em DNA pode ser reduzido de uma semana para uma questão de minutos, e que o rendimento pode ser quase 100%. Eles mostraram pela primeira vez que em uma temperatura constante, centenas de fitas de DNA podem se dobrar cooperativamente para formar um objeto - corretamente, conforme projetado - em minutos. Surpreendentemente, eles dizem, o processo é semelhante ao dobramento de proteínas, apesar das diferenças químicas e estruturais significativas. "Vendo esta combinação de dobramento rápido e alto rendimento, "Dietz diz, "temos uma sensação mais forte do que nunca de que a nanotecnologia de DNA pode levar a um novo tipo de fabricação, com um comercial, até mesmo futuro industrial. "E há benefícios imediatos, ele acrescenta:"Agora não temos que esperar uma semana pelo feedback sobre um projeto experimental, e os processos de montagem em várias etapas tornaram-se repentinamente muito mais práticos. "

p Controle atomicamente preciso

p Para testar a suposição de que objetos discretos de DNA podem ser montados conforme projetados com precisão subnanométrica, Os biofísicos TUM colaboraram com cientistas do Laboratório MRC de Biologia Molecular em Cambridge, REINO UNIDO. Eles produziram um relativamente grande, estrutura tridimensional baseada em DNA, assimétrico para ajudar a determinar a orientação, e incorporando motivos de design distintos.

p Imagens de resolução subnanométrica com microscopia eletrônica de baixa temperatura permitiram aos pesquisadores mapear o objeto - que compreende mais de 460, 000 átomos - com detalhes em escala subnanométrica. Porque o objeto incorpora, na prática, toda uma biblioteca de diferentes elementos de design, também servirá como um recurso para estudos posteriores. Os resultados, relatado em Proceedings of the National Academy of Sciences , não apenas demonstra uma montagem atomicamente precisa, mas também mostram que tais estruturas, anteriormente considerado gelatinoso e flexível, são rígidos o suficiente para serem sondados por microscopia eletrônica.

p Processamento rápido, rendimentos próximos de 100%

p Em contraste, Objetos de DNA com 19 designs diferentes - incluindo placas, como engrenagem, e formas de tijolo - foram usadas para uma segunda série de experimentos na TUM, relatado na última edição da Ciência . Aqui, o foco principal dos pesquisadores era a dinâmica do dobramento e desdobramento do DNA. O processo usual de automontagem é frequentemente descrito como uma "reação em um só vaso":fitas de DNA que servirão como molde, instruções, e o material de construção para um objeto projetado são colocados juntos em uma temperatura relativamente alta, onde permanecerão separados; a temperatura é gradualmente abaixada, e em algum lugar ao longo da linha as fitas de DNA se juntam para formar as estruturas desejadas.

p Observando esse processo com detalhes sem precedentes, os pesquisadores do TUM descobriram que toda a ação ocorre dentro de uma faixa de temperatura específica e relativamente estreita, que difere dependendo do design do objeto. Uma implicação prática é que, uma vez que a temperatura ideal para um determinado projeto foi determinada, Auto-montagem de DNA - nanofabricação, em essência - poderia ser realizado por meio de processos rápidos em temperaturas constantes. Acompanhando esta pista, os pesquisadores descobriram que podiam "produzir em massa" objetos feitos de centenas de filamentos de DNA em minutos, em vez de dias, quase sem objetos defeituosos ou subprodutos no lote resultante.

p "Além de nos dizer que objetos complexos de DNA são manufaturáveis, "Dietz diz, "esses resultados sugerem algo que dificilmente ousamos imaginar antes - que pode ser possível montar nanodispositivos de DNA em uma cultura de células ou mesmo dentro de uma célula viva."

p Do ponto de vista da biologia fundamental, o resultado mais intrigante desses experimentos pode ser a descoberta de que o enovelamento do DNA se assemelha ao enovelamento de proteínas mais do que o previsto. Química e estruturalmente, as duas famílias de biomoléculas são bastante diferentes. Mas os pesquisadores observaram etapas "cooperativas" claramente definidas no dobramento de objetos de DNA complexos, não é diferente, em princípio, dos mecanismos em ação no enovelamento de proteínas. Eles especulam que novos experimentos com automontagem de objetos de DNA projetados podem ajudar a desvendar os mistérios do dobramento de proteínas, que é mais complexo e menos acessível ao estudo direto.