Alguns laboratórios de bioquímica moldam proteínas em formas complexas, construindo o equivalente nanotecnológico do DNA da arquitetura barroca ou rococó. Yamuna Krishnan, Contudo, prefere dispositivos estruturalmente minimalistas.

"A filosofia do nosso laboratório é de design minimalista, "disse Krishnan, professor de química. "É quase brutalista. Funcional com zero sinos e assobios. Existem vários laboratórios que projetam DNA em formas maravilhosas, mas dentro de um sistema vivo, você precisa do mínimo de DNA possível para fazer o trabalho. "

Esse trabalho é atuar como cápsulas de entrega de drogas ou como ferramentas de diagnóstico biomédico.

Em 2011, Krishnan e seu grupo, em seguida, no Centro Nacional de Ciências Biológicas em Bangalore, Índia, tornou-se o primeiro a demonstrar o funcionamento de uma nanomáquina de DNA dentro de um organismo vivo. Esta nanomáquina, chamado I-switch, mediu o pH subcelular com um alto grau de precisão. Desde 2011, Krishnan e sua equipe desenvolveram uma paleta de sensores de pH, cada um relacionado ao pH da organela alvo.

Verão passado, a equipe relatou outra conquista:o desenvolvimento de um nanossensor de DNA que pode medir a concentração fisiológica de cloreto com um alto grau de precisão.

"Yamuna Krishnan é um dos principais praticantes da nanotecnologia de DNA biologicamente orientada, "disse Nadrian Seeman, o pai da área e o Professor de Química Margaret e Herman Sokol da Universidade de Nova York. "Esses tipos de sensores intracelulares são exclusivos do meu conhecimento, e representam um grande avanço para o campo da nanotecnologia de DNA. "

Sensor de cloreto

O cloreto é o mais abundante, solúvel, molécula carregada negativamente no corpo. E, no entanto, até o grupo Krishnan introduzir seu sensor de cloreto - chamado Clensor - não havia uma maneira eficaz e prática de medir os estoques intracelulares de cloreto.

"O que é especialmente interessante sobre este sensor é que ele é completamente independente do pH, "Seeman disse, um desvio significativo do esquema anterior de Krishnan. "Ela passou vários anos desenvolvendo sensores de pH que funcionam intracelularmente e fornecem um sinal fluorescente como consequência de uma mudança no pH."

A capacidade de registrar as concentrações de cloreto é importante por muitos motivos. O cloreto desempenha um papel importante na neurobiologia, por exemplo. Mas o cálcio e o sódio - ambos íons carregados positivamente - tendem a agarrar a maior parte da glória neurobiológica por causa de seu papel na excitação dos neurônios.

"Mas se você quiser que seu neurônio dispare novamente, você tem que trazê-lo de volta ao seu estado normal. Você tem que parar de disparar, "Krishnan disse. Isso é chamado de" inibição neuronal, "que o cloreto faz.

"É importante para redefinir seu neurônio para uma segunda rodada de disparo, caso contrário, todos seríamos capazes de usar nossos cérebros apenas uma vez, " ela disse.

Sob circunstâncias normais, o transporte de íons de cloreto ajuda o corpo a produzir produtos finos, muco fluindo livremente. Mas um defeito genético resulta em uma doença fatal:a fibrose cística. A capacidade do Clensor de medir e visualizar a atividade proteica de moléculas como a relacionada à fibrose cística transmembrana poderia levar a testes de alto rendimento para a triagem de produtos químicos que restaurariam o funcionamento normal do canal de cloreto.

Nove doenças

"Pode-se usar isso para observar a atividade do canal de íon cloreto em uma variedade de doenças, "Krishnan disse." Os humanos têm nove canais de íon cloreto, e a mutação de cada um desses canais resulta em nove doenças diferentes. ”Entre elas estão a osteopetrose, surdez, distrofia muscular e distrofia macular de Best.

Os recursos de detecção de pH do I-switch, Enquanto isso, são importantes porque as células contêm múltiplas organelas que mantêm valores específicos de acidez. As células precisam desses diferentes microambientes para realizar reações químicas especializadas.

"Cada organela subcelular tem um valor específico de acidez em repouso, e que a acidez é crucial para sua função, "Krishnan disse." Quando o pH não é o valor que deveria ser, resulta em uma série de doenças diferentes. "

Existem 70 doenças raras chamadas distúrbios de armazenamento lisossomal, que são progressivos e frequentemente fatais. Cada um - incluindo a doença de Batten, Doença de Niemann-Pick, Doença de Pompe e doença de Tay-Sachs - representa uma maneira diferente de um lisossoma pode se deteriorar. Ela comparou um lisossomo defeituoso a uma lata de lixo que nunca é esvaziada.

"O lisossoma é basicamente responsável por mastigar todo o lixo e garantir que ele seja reutilizado ou eliminado. É a organela mais ácida da célula." E essa acidez é fundamental para o processo de degradação.

Embora existam 70 doenças de armazenamento lisossomal, drogas de pequenas moléculas estão disponíveis para apenas alguns deles. Esses tratamentos existentes - terapias de reposição enzimática - são caros e são apenas tratamentos paliativos. Um objetivo do grupo de Krishnan é demonstrar a utilidade de seus sensores de pH para descobrir novos insights biológicos sobre essas doenças. O desenvolvimento de drogas de moléculas pequenas - que são estruturalmente mais simples e fáceis de fabricar do que as drogas biológicas tradicionais - pode ajudar significativamente.

"Se pudermos fazer isso para uma ou duas doenças lisossomais, haverá esperança para os outros 68, "Krishnan disse.