p A capacidade de customizar materiais biológicos, como proteínas e DNA, abre possibilidades tecnológicas que eram inimagináveis ​​apenas algumas décadas atrás. Por exemplo, estruturas sintéticas feitas de DNA poderiam um dia ser usadas para entregar medicamentos contra o câncer diretamente nas células tumorais, e proteínas personalizadas podem ser projetadas para atacar especificamente um certo tipo de vírus. Embora os pesquisadores já tenham feito essas estruturas de DNA ou proteína sozinha, uma equipe da Caltech criou recentemente - pela primeira vez - uma estrutura sintética feita de proteína e DNA. Combinar os dois tipos de moléculas em um biomaterial abre a porta para inúmeras aplicações. p Um artigo que descreve os chamados hibridizados, ou componente múltiplo, materiais aparece na edição de 2 de setembro da revista Natureza .

p Existem muitas vantagens em materiais de múltiplos componentes, diz Yun (Kurt) Mou (PhD '15), primeiro autor do Natureza estude. "Se o seu material é feito de vários tipos diferentes de componentes, ele pode ter mais funcionalidade. Por exemplo, a proteína é muito versátil; pode ser usado para muitas coisas, como interações proteína-proteína ou como uma enzima para acelerar uma reação. E o DNA é facilmente programado em nanoestruturas de uma variedade de tamanhos e formas. "

p Mas como você começa a criar algo como um nanofio de proteína-DNA - um material que ninguém viu antes?

p Mou e seus colegas no laboratório de Stephen Mayo, Bren Professor de Biologia e Química e William K. Bowes Jr. Presidente de Liderança da Divisão de Biologia e Engenharia Biológica da Caltech, começou com um programa de computador para projetar o tipo de proteína e DNA que funcionaria melhor como parte de seu material híbrido. "Os materiais podem ser formados usando apenas um método de tentativa e erro de combinação de coisas para ver quais resultados, mas é melhor e mais eficiente se você puder primeiro prever como é a estrutura e, em seguida, projetar uma proteína para formar esse tipo de material, " ele diz.

p Os pesquisadores inseriram as propriedades do nanofio de proteína-DNA que queriam em um programa de computador desenvolvido em laboratório; o programa então gerou uma sequência de aminoácidos (blocos de construção de proteínas) e bases nitrogenadas (blocos de construção de DNA) que produziriam o material desejado.

p Contudo, fazer um material híbrido com sucesso não é tão simples quanto conectar algumas propriedades a um programa de computador, Mou diz. Embora o modelo de computador forneça uma sequência, o pesquisador deve verificar minuciosamente o modelo para ter certeza de que a sequência produzida faz sentido; se não, o pesquisador deve fornecer ao computador informações que possam ser utilizadas para corrigir o modelo. "Então, no final, você escolhe a sequência com a qual você e o computador concordam. Então, você pode misturar fisicamente os aminoácidos prescritos e as bases de DNA para formar o nanofio. "

p A sequência resultante era uma versão artificial de um acoplamento proteína-DNA que ocorre na natureza. No estágio inicial da expressão gênica, chamada transcrição, uma sequência de DNA é primeiro convertida em RNA. Para puxar a enzima que realmente transcreve o DNA em RNA, proteínas chamadas fatores de transcrição devem primeiro ligar-se a certas regiões da sequência de DNA denominadas domínios de ligação de proteínas.

p Usando o programa de computador, os pesquisadores criaram uma sequência de DNA que continha muitos desses domínios de ligação a proteínas em intervalos regulares. Eles então selecionaram o fator de transcrição que se liga naturalmente a esse local de ligação de proteína em particular - o fator de transcrição chamado Engrailed da mosca da fruta Drosophila. Contudo, na natureza, Engrailed apenas se liga ao local de ligação da proteína no DNA. Para criar um longo nanofio feito de uma fita contínua de proteína ligada a uma fita contínua de DNA, os pesquisadores tiveram que modificar o fator de transcrição para incluir um local que permitiria que Engrailed também se ligasse à próxima proteína da linha.

p "Essencialmente, é como dar a esta proteína duas mãos em vez de apenas uma, "Mou explica." A mão que segura o DNA é fácil porque é fornecida pela natureza, mas a outra mão precisa ser adicionada para segurar outra proteína. "

p Outro atributo exclusivo deste novo nanofio de proteína-DNA é que ele emprega comontagem - o que significa que o material não se formará até que os componentes da proteína e do DNA tenham sido adicionados à solução. Embora os materiais anteriormente pudessem ser feitos de DNA com proteína adicionada posteriormente, o uso de co-montagem para fazer o material híbrido foi o primeiro. Este atributo é importante para o uso futuro do material na medicina ou na indústria, Mou diz, já que os dois conjuntos de componentes podem ser fornecidos separadamente e, em seguida, combinados para fazer o nanofio quando e onde for necessário.

p Esta descoberta se baseia em trabalhos anteriores no laboratório Mayo, que, em 1997, criou uma das primeiras proteínas artificiais, lançando assim o campo do design de proteínas computacionais. A capacidade de criar proteínas sintéticas permite que os pesquisadores desenvolvam proteínas com novos recursos e funções, tais como proteínas terapêuticas que têm como alvo o câncer. A criação de um nanofio de proteína-DNA co-montado é outro marco neste campo.

p "Nosso trabalho anterior se concentrou principalmente no projeto de soluções solúveis, sistemas apenas de proteína. O trabalho relatado aqui representa uma expansão significativa de nossas atividades no domínio dos biomateriais mistos em nanoescala, "Mayo diz.

p Embora o desenvolvimento deste novo biomaterial esteja nos estágios iniciais, o método, Mou diz, tem muitas aplicações promissoras que podem mudar a pesquisa e as práticas clínicas no futuro.

p "Nosso próximo passo será explorar as muitas aplicações potenciais de nosso novo biomaterial, ", Diz Mou." Isso poderia ser incorporado em métodos para entregar drogas nas células - para criar terapias direcionadas que apenas se liguem a um determinado biomarcador em um determinado tipo de célula, como as células cancerosas. Também poderíamos expandir a ideia de nanofios de proteína-DNA para nanofios de proteína-RNA que poderiam ser usados ​​para aplicações de terapia genética. E porque este material é novo, provavelmente há muitos outros aplicativos que ainda nem consideramos. "