p DNA, que armazena informações genéticas na maioria dos organismos da Terra, não é facilmente destruído. Ele absorve prontamente a radiação ultravioleta (UV), mas encontra maneiras de se recuperar. p Para combater os danos da radiação, células desenvolveram mecanismos de reparo de DNA, bem como mecanismos para remover a energia antes de quebrar o DNA, como a autoionização, que é o processo pelo qual a macromolécula em um estado excitado emite espontaneamente um de seus elétrons, liberando uma grande quantidade de energia. Compreender esse mecanismo é fundamental para investigar e mitigar os efeitos da radiação nos organismos vivos.

p Uma equipe de pesquisadores da Lehigh University (Slava V. Rotkin, Tetyana Ignatova, Michael Blades), a Universidade da Flórida Central (Alexander Balaeff), o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (Ming Zheng) e um aluno da Universidade de Rochester participando do Programa de Verão de "Experiências de Pesquisa para Graduados" (REU) em Lehigh (Peter Stoeckl) apoiado pela NSF para entender a estabilidade do DNA como portador de informação genética contra danos potenciais pela radiação ultravioleta. Eles relataram suas descobertas em um artigo recentemente aceito para publicação em Nano Research .

p Rotkin e seus colegas estudaram complexos automontados de DNA envolvidos em nanotubos de carbono de parede única, utilizando uma técnica especial:espectroscopia fotoluminescente de duas cores. Usar a luz ultravioleta e a luz verde simultaneamente para sondar a amostra forneceu uma perspectiva que ninguém havia sido capaz de observar antes em experimentos de cor única. Mais tarde, uma teoria de mecânica quântica foi desenvolvida para apoiar os dados experimentais e eles foram capazes de confirmar uma taxa de autoionização de DNA muito rápida.

p "Ser capaz de estabelecer a eficiência do processo de autoionização é uma etapa fundamental para entender como o DNA excitado por UV pode 'resfriar' sem quebrar, mantendo assim suas funções biológicas normais, "disse Rotkin, professor do Departamento de Física e do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais de Lehigh.

p A abordagem inovadora da equipe tem grande potencial para monitorar a excitação do DNA, autoionização e danos químicos importantes para campos diversos como a medicina, Biologia evolucionária, e exploração espacial. Para fins biomédicos, a capacidade de estudar o mecanismo de autoionização pode contribuir para a compreensão dos níveis de sobrevivência da radiação UV para diferentes tipos de células e formas de mitigar os efeitos da irradiação. De uma perspectiva evolutiva, é importante entender os mecanismos de dissipação que foram cruciais durante a evolução das células primordiais, quando a radiação UV era ordens de magnitude mais intensa do que hoje, enquanto os mecanismos de reparo do DNA eram presumivelmente inexistentes. Para a exploração contínua do espaço, é importante desenvolver estratégias para a segurança celular e do organismo em condições adversas de radiação.

p Os pesquisadores levaram três anos para coletar os dados e analisar os efeitos. "Encontramos um comportamento anormal da emissão de nanotubos:parecia que algo estava 'roubando' a luz emitida sob a iluminação UV de segunda cor, "disse Rotkin." Este campo ainda é extremamente pouco explorado. Ninguém tinha visto isso antes e tivemos que fazer a hipótese sobre os dados de duas cores por um tempo, propor e rejeitar experimentalmente vários modelos a fim de encontrar a interpretação correta. "

p Foi só quando eles presumiram que o DNA era a fonte do fenômeno observado - e rejeitaram um modelo amplamente aceito - que os pesquisadores foram capazes de compreender completamente a extinção óptica dos nanotubos.

p O DNA é muito útil para estudar nanotubos. Uma fita de DNA enrolada em um único nanotubo de carbono - uma estrutura de carbono cilíndrica em miniatura que tem uma rede de grafite hexagonal e paredes com apenas um átomo de espessura - manterá o nanotubo na água e permitirá que ele tenha praticamente as mesmas boas propriedades ópticas que o primitivo material.

p Inicialmente, os pesquisadores ficaram surpresos ao observar mudanças nas propriedades ópticas do nanotubo quando a luz ultravioleta foi aplicada às amostras.

p "Por anos, tem sido comumente aceito que o DNA é um transportador 'inerte' para nanotubos e que o DNA mantém o nanotubo na água sem alterar suas propriedades, "acrescentou Rotkin." Demorou vários anos para que nossa equipe se separasse dessa ideia comum, porque foi amplamente aceito. Finalmente, após uma série de experimentos adicionais, os dados indicam claramente que a origem da modulação é o próprio DNA. "

p No seguimento desta descoberta, os pesquisadores mudaram o foco de seu projeto para ver como sua técnica de espectroscopia fotoluminescente de duas cores poderia ser usada para investigar as propriedades do DNA.

p "Agora é entendido que diferentes nucleobases de DNA mostram diferentes propriedades de autoionização, "concluiu Rotkin." Prevemos que isso criará ferramentas biomoleculares não invasivas sem precedentes para resolver problemas críticos de biofísica de ácidos nucléicos. "

p O estudo foi financiado pela National Science Foundation (NSF:ECCS) dentro do projeto chamado "Física fundamental e aplicações de biossensor de nanomateriais fluorescentes compostos - terras raras combinadas com nanotubos de carbono encerrados em DNA."