Os pesquisadores introduziram um novo tipo de microscopia de "super-resolução" e a usaram para descobrir o mecanismo preciso de movimento por trás de minúsculas estruturas feitas de DNA que poderiam encontrar aplicações biomédicas e industriais.

Os pesquisadores também demonstraram como o "DNA walker" é capaz de liberar uma droga anticâncer, representando uma nova tecnologia biomédica em potencial, disse Jong Hyun Choi, professor associado de engenharia mecânica na Purdue University.

Nanomotores e caminhantes sintéticos são sistemas intrincadamente projetados que extraem energia química do ambiente e a convertem em movimento mecânico. Contudo, porque eles são muito pequenos para serem observados usando microscópios de luz convencionais, pesquisadores não conseguiram aprender as etapas precisas envolvidas nos mecanismos de caminhada, conhecimento essencial para aperfeiçoar a tecnologia.

"Se você não consegue resolver ou monitorar esses caminhantes em ação, você não será capaz de entender seu funcionamento mecânico, "Choi disse.

Ele liderou uma equipe de Purdue que resolveu esse problema desenvolvendo um sistema de microscopia de super-resolução projetado para estudar os caminhantes de DNA. As novas descobertas apareceram no jornal Avanços da Ciência em 20 de janeiro.

Pesquisadores de todo o mundo estão criando motores sintéticos baseados em DNA e RNA, os materiais genéticos nas células que consistem em uma sequência de quatro bases químicas:adenina, guanina, citosina e timina. Os designs são inspirados em motores biológicos naturais que evoluíram para realizar tarefas específicas críticas para o funcionamento das células.

Os pesquisadores do Purdue projetaram um sistema de DNA que consiste em um núcleo enzimático e dois braços. O caminhante viaja ao longo de uma trilha de nanotubo de carbono "decorada" com fios de RNA. O núcleo enzimático cliva segmentos dessas fitas de RNA conforme o caminhante se move continuamente para frente, ligação e coleta de energia do RNA. O andador se move em um ciclo de seis etapas que se repete enquanto houver combustível de RNA.

Uma nanopartícula fluorescente é anexada a um braço do DNA walker, fazendo com que brilhe quando exposto à luz na parte visível do espectro. A trilha do nanotubo de carbono também apresenta fluorescência quando exposta à luz em uma parte do espectro infravermelho próximo. Como o novo sistema de microscopia de super-resolução opera tanto no espectro visível quanto no infravermelho próximo, é possível rastrear o mecanismo de caminhada.

A tecnologia de super-resolução permite que os pesquisadores resolvam características estruturais muito menores do que o comprimento de onda da luz visível, o que normalmente é difícil usando microscópios convencionais por causa do limite de difração de Abbe, estabelecido pelo físico Ernst Abbe em 1873. O limite é de cerca de 250 nanômetros, que é grande em comparação com os pequenos caminhantes, medindo cerca de 5 nanômetros de comprimento.

Como o DNA walker é exposto à luz laser, a nanopartícula e o nanotubo acendem e apagam aleatoriamente. Esses flashes são capturados como vários pontos fluorescentes em milhares de quadros de imagem. Esta coleção de pontos é então usada para reconstruir o movimento preciso do andador, que se move em um ciclo de seis etapas que envolve a clivagem de porções da fita de RNA e a coleta de sua energia antes de passar para a próxima fita.

Os resultados revelaram que três etapas principais dominam este mecanismo de caminhada.

"Então, se você pode controlar essas três etapas dentro deste ciclo de caminhada, então você pode realmente estudar e controlar melhor esses caminhantes, "Choi disse." Você pode acelerá-los, você pode fazê-los parar e se mover em direções diferentes. "

Considerando que anteriormente levaria 20 horas ou mais para estudar um ciclo completo de caminhada, a nova abordagem acelera o processo para cerca de um minuto.