p Os pesquisadores podem construir complexos, estruturas em escala nanométrica de quase qualquer formato e forma, usando fitas de DNA. Mas essas partículas devem ser projetadas à mão, em um processo complexo e trabalhoso. p Isso limitou a técnica, conhecido como origami de DNA, a apenas um pequeno grupo de especialistas na área.

p Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT e de outros lugares desenvolveu um algoritmo que pode construir essas nanopartículas de DNA automaticamente.

p Desta forma, o algoritmo, que é relatado junto com uma nova abordagem de síntese na revista Ciência esta semana, poderia permitir que a técnica fosse usada para desenvolver nanopartículas para uma gama muito mais ampla de aplicações, incluindo andaimes para vacinas, portadores para ferramentas de edição de genes, e no armazenamento de memória de arquivo.

p Ao contrário do origami de DNA tradicional, em que a estrutura é construída manualmente à mão, o algoritmo começa com um simples, Representação geométrica 3-D da forma final do objeto, e então decide como deve ser montado a partir do DNA, de acordo com Mark Bathe, um professor associado de engenharia biológica no MIT, quem liderou a pesquisa.

p "O artigo transforma o problema em um em que um especialista projeta o DNA necessário para sintetizar o objeto, para aquele em que o próprio objeto é o ponto de partida, com as sequências de DNA que são necessárias automaticamente definidas pelo algoritmo, "Bathe diz." Nossa esperança é que esta automação amplie significativamente a participação de outras pessoas no uso deste poderoso paradigma de design molecular. "

p O algoritmo primeiro representa o objeto como um perfeitamente suave, contorno contínuo de sua superfície. Em seguida, ele quebra a superfície em uma série de formas poligonais.

p Próximo, é uma rota longa, fita única de DNA, chamado de cadafalso, que age como um pedaço de linha, em toda a estrutura para mantê-la unida.

p O algoritmo tece o andaime em uma etapa rápida e eficiente, que pode ser usado para qualquer forma de objeto 3-D, Banho diz.

p "Essa [etapa] é uma parte poderosa do algoritmo, porque não requer nenhuma interface manual ou humana, e é garantido que funcione com qualquer objeto 3-D de forma muito eficiente, " ele diz.

p O algoritmo, que é conhecido como DAEDALUS (DNA Origami Sequence Design Algorithm for User-defined Structures), em homenagem ao artesão e artista grego que projetou labirintos que se assemelham às complexas estruturas de andaimes do origami, pode construir qualquer tipo de forma 3-D, desde que tenha uma superfície fechada. Isso pode incluir formas com um ou mais orifícios, como um toro.

p Em contraste, um algoritmo anterior, publicado ano passado na revista Natureza , só é capaz de projetar e construir as superfícies de objetos esféricos, e mesmo assim ainda requer intervenção manual.

p A estratégia da equipe em projetar e sintetizar as nanopartículas de DNA também foi validada usando reconstruções de microscopia crioeletrônica 3-D pelo colaborador de Bathe, Wah Chiu no Baylor College of Medicine.

p Os pesquisadores agora estão investigando uma série de aplicações para as nanopartículas de DNA construídas pelo algoritmo DAEDALUS. Uma dessas aplicações é um arcabouço para peptídeos virais e proteínas para uso como vacinas.

p A superfície das nanopartículas pode ser projetada com qualquer combinação de peptídeos e proteínas, localizado em qualquer local desejado na estrutura, para imitar a forma como um vírus aparece ao sistema imunológico do corpo.

p Os pesquisadores demonstraram que as nanopartículas de DNA são estáveis ​​por mais de seis horas no soro, e agora estão tentando aumentar ainda mais sua estabilidade.

p As nanopartículas também podem ser usadas para encapsular a ferramenta de edição de genes CRISPR-Cas9. A ferramenta CRISPR-Cas9 tem um enorme potencial na terapêutica, graças à sua capacidade de editar genes-alvo. Contudo, há uma necessidade significativa de desenvolver técnicas para empacotar a ferramenta e entregá-la a células específicas dentro do corpo, Banho diz.

p Atualmente, isso é feito com vírus, mas estes são limitados no tamanho do pacote que podem transportar, restringindo seu uso. As nanopartículas de DNA, em contraste, são capazes de transportar pacotes de genes muito maiores e podem ser facilmente equipados com moléculas que ajudam a atingir as células ou tecidos certos.

p A equipe também está investigando o uso das nanopartículas como blocos de memória de DNA. Pesquisas anteriores mostraram que as informações podem ser armazenadas no DNA, de forma semelhante aos 0s e 1s usados ​​para armazenar dados digitalmente. A informação a ser armazenada é "escrita" usando a síntese de DNA e pode então ser lida de volta usando a tecnologia de sequenciamento de DNA.

p O uso de nanopartículas de DNA permitiria que essas informações fossem armazenadas de forma estruturada e protegida, com cada partícula semelhante a uma página ou capítulo de um livro. Relembrar um capítulo ou livro específico seria tão simples quanto ler a identidade dessa nanopartícula, mais ou menos como usar fichas de biblioteca, Banho diz.

p O aspecto mais emocionante do trabalho, Contudo, é que deve ampliar significativamente a participação na aplicação desta tecnologia, Banho diz, muito parecido com o que a impressão 3-D fez para modelos geométricos 3-D complexos na escala macroscópica. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.