p Mova-se, nanotecnologistas, e abrir espaço para o maior dos pequenos. Cientistas do Instituto Wyss de Harvard construíram um conjunto de gaiolas de DNA que se auto-montam com um décimo da largura de uma bactéria. As estruturas são algumas das maiores e mais complexas estruturas já construídas exclusivamente a partir de DNA, eles relatam a edição online de hoje de Ciência . p Além disso, os cientistas os visualizaram usando um método de microscopia de super-resolução baseado em DNA - e obtiveram as primeiras imagens óticas 3D nítidas de nanoestruturas de DNA sintético intactas em solução.

p No futuro, os cientistas poderiam potencialmente revestir as gaiolas de DNA para encerrar seu conteúdo, embalagem de medicamentos para distribuição em tecidos. E, como um armário espaçoso, a gaiola poderia ser modificada com ganchos químicos que poderiam ser usados ​​para pendurar outros componentes, como proteínas ou nanopartículas de ouro. Isso pode ajudar os cientistas a construir uma variedade de tecnologias, incluindo pequenas usinas de energia, minúsculas fábricas que produzem especialidades químicas, ou sensores fotônicos de alta sensibilidade que diagnosticam doenças detectando moléculas produzidas por tecidos anormais.

p "Vejo possibilidades empolgantes para esta tecnologia, "disse Peng Yin, Ph.D., um membro do corpo docente do Wyss Institute e professor assistente de Biologia de Sistemas na Harvard Medical School, e autor sênior do artigo.

p Construindo com DNA

p O DNA é mais conhecido como detentor de informações genéticas. Mas cientistas no campo emergente da nanotecnologia de DNA estão explorando maneiras de usá-la para construir estruturas minúsculas para uma variedade de aplicações. Essas estruturas são programáveis, em que os cientistas podem especificar a sequência de letras, ou bases, no DNA, e essas sequências determinam a estrutura que ele cria.

p Até agora, a maioria dos pesquisadores da área tem usado um método chamado origami de DNA, em que fitas curtas de DNA agrupam dois ou três segmentos separados de uma fita muito mais longa, fazendo com que esse fio se dobre em uma forma precisa. O origami de DNA foi desenvolvido em parte pelo Wyss Institute Core Faculty membro William Shih, Ph.D., que também é Professor Associado do Departamento de Química Biológica e Farmacologia Molecular da Harvard Medical School e do Departamento de Biologia do Câncer do Dana-Farber Cancer Institute.

p A equipe de Yin construiu diferentes tipos de estruturas de DNA, incluindo um conjunto modular de peças chamadas ladrilhos de DNA de fita simples ou tijolos de DNA. Como os tijolos LEGO®, essas partes podem ser adicionadas ou removidas independentemente. Ao contrário dos tijolos LEGO®, eles se auto-montam espontaneamente.

p Mas para alguns aplicativos, os cientistas podem precisar construir estruturas de DNA muito maiores do que qualquer um já construiu. Então, para adicionar ao seu kit de ferramentas, A equipe de Yin buscou blocos de construção muito maiores para combinar.

p Desafios de engenharia

p Yin e seus colegas usaram o origami de DNA pela primeira vez para criar blocos de construção extragrandes no formato de um tripé de fotógrafo. O plano era projetar as pernas do tripé para anexar ponta a ponta para formar poliedros - objetos com muitas faces planas que são eles próprios triângulos, retângulos, ou outros polígonos.

p Mas quando Yin e os três autores principais do jornal, Ryosuke Iinuma, um ex-membro visitante do Wyss Institute, Yonggang Ke, Ph.D., ex-Wyss Postdoctoral Fellow que agora é professor assistente de Engenharia Biomédica no Georgia Institute of Technology e Emory University, e Ralf Jungman, Ph.D, um pós-doutorado Wyss, construiu tripés maiores e tentou montá-los em poliedros, as pernas dos grandes tripés se abriam e balançavam, o que os impedia de fazer poliedros.

p Os pesquisadores contornaram esse problema construindo um suporte horizontal para estabilizar cada par de pernas, assim como um fabricante de móveis usaria um pedaço de madeira para unir as pernas de uma cadeira oscilante.

p Para colar as pernas do tripé de ponta a ponta, eles se aproveitaram do fato de que os filamentos de DNA correspondentes se emparelham e aderem uns aos outros. Eles deixaram uma etiqueta de DNA pendurada em uma perna do tripé, e uma etiqueta correspondente na perna de um tripé diferente com o qual eles queriam emparelhar.

p A equipe programou o DNA para se dobrar em tripés resistentes 60 vezes maiores do que os blocos de construção semelhantes a tripés de DNA anteriores e 400 vezes maiores do que os tijolos de DNA. Esses tripés então se automontam em um tipo específico de poliedro tridimensional - tudo em um único tubo de ensaio.

p Ajustando o comprimento da escora, eles construíram tripés que iam da vertical às pernas abertas. Tripés mais verticais formaram poliedros com menos faces e ângulos mais nítidos, como um tetraedro, que tem quatro faces triangulares. Mais tripés de pernas abertas formaram poliedros com mais faces, como um prisma hexagonal, which is shaped like a wheel of cheese and has eight faces, including its top and bottom.

p Em tudo, they created five polyhedra:a tetrahedron, a triangular prism, a cube, a pentagonal prism, and a hexagonal prism.

p Ultrasharp snapshots

p After building the cages, the scientists visualized them using a DNA-based microscopy method Jungmann had helped developed called DNA-PAINT. In DNA-PAINT, short strands of modified DNA cause points on a structure to blink, and data from the blinking images reveal structures too small to be seen with a conventional light microscope. DNA-PAINT produced ultrasharp snapshots of the researchers' DNA cages – the first 3D snapshots ever of single DNA structures in their native, watery environment.

p "Bioengineers interested in advancing the field of nanotechnology need to devise manufacturing methods that build sturdy components in a highly robust manner, and develop self-assembly methods that enable formation of nanoscale devices with defined structures and functions, " said Wyss Institute Founding Director Don Ingber, M.D., Ph.D. "Peng's DNA cages and his methods for visualizing the process in solution represent major advances along this path."