p (Phys.org) - É possível criar nanomateriais auto-replicantes? Pode ser, se pegarmos emprestados os blocos de construção da natureza. O DNA é uma molécula auto-replicante onde suas partes componentes, nucleotídeos, têm interações químicas específicas que permitem o projeto de estruturas automontadas. Em sistemas biológicos, O DNA se replica com o auxílio de proteínas. Contudo, Junghoon Kim, Junwye Lee, Shogo Hamada, Satoshi Murata, e Sung Ha Park, da Sungkyunkwan University e da Tohoku University, desenvolveram um sistema de autorreplicação controlável que não requer proteínas. O trabalho deles aparece em Nature Nanotechnology . p Para entender como funciona esse processo de autorreplicação, é importante conhecer as diferentes partes componentes. Kim et al. projetou dois motivos T de DNA, r ₁ e r ₂ , que são DNA de fita dupla compostos por domínios funcionais, rotulados como alfa e beta, e termina "pegajoso" como pontos de conexão. Eles também projetaram um motivo de extensão. Doze unidades do r ₁ motivo se auto-monta em um pequeno anel, R ₁ , e doze unidades de r ₂ mais doze motivos de extensão se auto-montam em um anel maior, R ₂ .

p Esses componentes podem estar em dois estados diferentes, "fertilizado" ou "não fertilizado". As estruturas fertilizadas contêm os recursos necessários para a replicação. A fertilização acontece quando um domínio alfa ou beta de fita simples de um r ₁ ou r ₂ motivo liga-se a uma cadeia tendo um domínio alfa ou beta complementar. Isso deixa uma saliência de fita simples, ou toehold, estendendo-se do anel ou do motivo original. Os apoios dos pés indicam que o anel ou motivo está fertilizado.

p Esses apoios para os pés que se estendem do anel de DNA se ligam aos filamentos complementares do invasor. Quando isso acontece, a estrutura hibridizada que consiste no apoio do dedo do pé e a fita invasora se separa do anel inicial, e eventualmente, à medida que essas peças se separam devido à migração do ramo, eles se montam em outro anel.

p Esse processo continua por meio de duas vias de replicação diferentes. Um caminho cresce exponencialmente. A outra via cresce de acordo com a sequência de Fibonacci. O caminho particular tomado depende de quais fios invasores são adicionados ao sistema.

p Os autores verificaram que as populações de anéis de DNA cresceram por meio desse processo mediado por toehold com AFM e estudos de absorbância. Para os estudos AFM, eles pegaram uma pequena amostra de cada fase e determinaram o número médio de anéis presentes nessa fase. Os dados de absorvância foram ajustados para determinar a concentração relativa dos anéis em cada fase.

p Eles também verificaram que os anéis filhos eram o resultado do anelamento aos suportes de fita simples do anel inicial, e não como resultado da automontagem de motivos residuais de DNA em solução usando eletroforese em gel e extraindo os produtos de DNA de cada fase. As fases individuais foram estudadas com AFM e fitas invasoras foram adicionadas a uma solução durante cada uma das fases para ver se os anéis se formavam.

p Kim, et al. demonstraram que a auto-replicação em nanoescala pode ocorrer usando as propriedades termodinâmicas de deslocamento de fita mediado por toehold e as habilidades de automontagem de motivos de DNA. Neste estudo, os motivos T de DNA sintético se automontam em estruturas que permitem que reações sequenciais ocorram. Esta pesquisa demonstra a possibilidade de nanoestruturas auto-replicáveis ​​funcionalmente programáveis. p © 2015 Phys.org