Uma nova maneira de construir poros que atravessam a membrana, usando blocos de construção de DNA semelhantes a Lego, foi desenvolvido por cientistas da UCL, em colaboração com colegas da Universidade de Cambridge e da Universidade de Southampton.

A abordagem fornece uma ferramenta simples e de baixo custo para a biologia sintética e a técnica tem aplicações potenciais em dispositivos de diagnóstico e descoberta de drogas. A pesquisa é destaque na edição atual da revista. Angewandte Chemie .

Os poros da membrana são os portais que controlam o transporte de moléculas essenciais através das membranas impermeáveis ​​que circundam as células nos organismos vivos. Normalmente feito de proteínas, poros de tamanhos diferentes controlam o fluxo de íons e moléculas dentro e fora da célula como parte do metabolismo de um organismo.

Nossa compreensão dos poros da membrana vem do estudo de ambos os poros naturais, e de estruturas equivalentes construídas no laboratório por biólogos sintéticos. Mas as proteínas sintéticas são notoriamente difíceis de manusear devido às formas complexas e muitas vezes imprevisíveis em que suas estruturas podem se dobrar. Até mesmo um pequeno enovelamento incorreto de proteínas altera as propriedades de uma proteína, o que significa que construir poros sintéticos a partir de proteínas pode ser arriscado e demorado.

Uma abordagem mais direta é a chamada "engenharia racional", usando blocos de construção de DNA semelhantes aos do Lego. Embora geralmente conhecido como código genético da vida, Fitas de DNA, que são quimicamente muito mais simples do que as proteínas, são muito mais fáceis e previsíveis de trabalhar do que as proteínas. Como tal, eles são um material útil para a construção de estruturas em nanoescala no laboratório.

“O DNA é um material de construção que segue regras muito simples”, disse o Dr. Stefan Howorka (UCL Química). "Novas nanoestruturas podem ser facilmente projetadas usando um programa de computador, e os elementos se encaixam como peças de Lego. Assim, podemos construir mais ou menos o que quisermos. "

Usando essa abordagem, a equipe construiu um pequeno tubo medindo apenas 14 nanômetros de comprimento e 5,5 nanômetros de diâmetro (cerca de 10, 000 vezes menor que a largura de um cabelo humano). Isso formou a parte principal de seu nanoporo artificial. Contudo, para inserir o tubo em uma membrana celular, um desafio importante tinha que ser enfrentado:a estrutura baseada em DNA solúvel em água não se incorporará à membrana gordurosa que é composta de lipídios.

Para superar isso, os cientistas ligaram quimicamente ao tubo de DNA duas grandes âncoras, feito de moléculas com afinidade natural por lipídios. Essas estruturas foram então capazes de embutir o tubo na membrana. Essas estruturas, que são baseados em porfirinas derivadas naturalmente, foram projetados por um grupo liderado pelo Dr. Eugen Stulz (Universidade de Southampton).

"As moléculas de porfirina têm características ideais para nossos propósitos, "Stulz explica." Eles são uma âncora de membrana forte, que bloqueia o nanopore com segurança na membrana lipídica. Além disso, eles são fluorescentes, o que significa que são fáceis de ver e estudar. Isso os torna superiores a outras tecnologias. "

Os poros foram caracterizados com medições elétricas e de fluorescência em colaboração com o Dr. Ulrich Keyser (Laboratório Cavendish, Cambridge).

A simplicidade de automontar uma estrutura com apenas duas âncoras (estudos anteriores usaram 26 ou mesmo 72 dessas âncoras) agiliza muito o projeto e a síntese de nanoporos.

"No futuro, este novo processo nos permitirá adaptar nanoporos de DNA para uma gama muito mais ampla de aplicações do que atualmente é possível, ", Diz Keyser.

A capacidade de criar canais sintéticos através de membranas lipídicas permite inúmeras aplicações nas ciências biológicas. Na primeira instância, Nanoporos de DNA são de grande interesse para biossensorio, como a análise rápida de DNA.

Mas também se pode esperar que poros ajustados ajudem no desenvolvimento de novos medicamentos. Os protótipos de drogas são normalmente projetados para afetar um alvo biológico, mas não são projetados para atravessar a membrana celular. Os poros auto-montados fornecem uma rota para que os medicamentos passem para as células, permitindo uma triagem pré-clínica muito mais rápida para a atividade.