p Em uma nova descoberta que representa uma etapa importante na solução de um desafio crítico de design, O professor Hao Yan da Arizona State University liderou uma equipe de pesquisa para produzir uma ampla variedade de estruturas 2-D e 3-D que expandem os limites do crescente campo da nanotecnologia de DNA. p O campo da nanotecnologia de DNA utiliza as regras de design da natureza e as propriedades químicas do DNA para se automontar em uma coleção cada vez mais complexa de moléculas para aplicações biomédicas e eletrônicas. Algumas das realizações do laboratório Yan incluem a construção de estruturas semelhantes a cavalos de Tróia para melhorar a entrega de drogas às células cancerosas, nanofios de ouro eletricamente condutores, sensores de molécula única e robôs moleculares programáveis.

p Com suas obras arquitetônicas bioinspiradas, o grupo continua a explorar os limites geométricos e físicos da construção em nível molecular.

p "As pessoas neste campo estão muito interessadas em fazer estruturas de arame ou malha, "disse Yan." Precisávamos criar novos princípios de design que nos permitissem construir com mais complexidade em três dimensões. "

p Em sua última reviravolta na tecnologia, A equipe de Yan fez novos objetos 2-D e 3-D que parecem arte de esferas de arame, bem como pinças moleculares, tesoura, um parafuso, Leque, e até mesmo uma teia de aranha.

p O laboratório Yan, que inclui os colegas do Instituto ASU Biodesign, Dongran Han, Suchetan Pal, Shuoxing Jiang, Jeanette Nangreave e o professor assistente Yan Liu, publicaram seus resultados na edição de 22 de março da Ciência .

p A torção em seu 'bottom up, A estratégia de design Lego molecular concentra-se em uma estrutura de DNA chamada junção de Holliday. Na natureza, esta em forma de cruz, A estrutura de DNA de dupla pilha é como a parada de trânsito de 4 vias da genética - onde 2 hélices de DNA separadas temporalidade se encontram para trocar informações genéticas. A junção de Holliday é a encruzilhada responsável pela diversidade da vida na Terra, e garante que as crianças recebam uma combinação única de características do DNA de uma mãe e de um pai.

p Na natureza, a junção de Holliday torce as fitas duplas de DNA em um ângulo de cerca de 60 graus, que é perfeito para trocar genes, mas às vezes frustrante para os cientistas da nanotecnologia de DNA, porque limita as regras de design de suas estruturas.

p "Principalmente, você pode usar o andaime para conectar várias camadas horizontalmente, "[que muitas equipes de pesquisa têm utilizado desde o desenvolvimento do origami de DNA por Paul Rothemund da Cal Tech em 2006]. No entanto, quando você vai na direção vertical, a polaridade do DNA impede que você faça várias camadas, "disse Yan." O que precisávamos fazer é girar o ângulo e forçá-lo a se conectar. "

p Fazer as novas estruturas que Yan imaginou exigiu a reengenharia da junção de Holliday, virando e girando em torno do ponto de junção em cerca de meio relógio, ou 150 graus. Tal façanha não foi considerada nos projetos existentes.

p "A ideia inicial foi a parte mais difícil, "disse Yan." Sua mente nem sempre vê as possibilidades, então você se esquece dela. Tivemos que quebrar a barreira conceitual de que isso poderia acontecer. "

p No novo estudo, variando o comprimento do DNA entre cada junção de Holliday, eles poderiam forçar a geometria nas junções de Holliday em um rearranjo não convencional, tornando as junções mais flexíveis para construir pela primeira vez na dimensão vertical. Yan chama a estrutura em forma de grelha de churrasco de quintal de DNA Gridiron.

p "Ficamos surpresos que funcionou!" disse Yan. "Assim que vimos que realmente funcionava, era relativamente fácil implementar novos designs. Agora parece fácil em retrospectiva. Se sua mentalidade é limitada pelas regras convencionais, é muito difícil dar o próximo passo. Depois de dar esse passo, torna-se tão óbvio. "

p Os designs do DNA Gridiron são programados em um DNA viral, onde uma única fita de DNA em forma de espaguete é cuspida e dobrada junto com a ajuda de pequenas fitas "básicas" de DNA que ajudam a moldar a estrutura final do DNA. Em um tubo de ensaio, a mistura é aquecida, então resfriou rapidamente, e tudo se auto-monta e molda na forma final, uma vez resfriado. Próximo, usando sofisticada tecnologia de imagem AFM e TEM, eles são capazes de examinar as formas e tamanhos dos produtos finais e determinar se eles foram formados corretamente.

p Essa abordagem permitiu que construíssem várias camadas, Estruturas 3D e objetos curvos para novas aplicações.

p "A maior parte de nossa equipe de pesquisa agora se dedica a encontrar novos aplicativos para este kit de ferramentas básico que estamos criando, "disse Yan." Ainda há um longo caminho a percorrer e muitas novas ideias para explorar. Só precisamos continuar conversando com biólogos, físicos e engenheiros para entender e atender às suas necessidades. "