Ao adicionar fitas de DNA a uma solução contendo nanobastões de ouro, Os pesquisadores do A * STAR criaram um sistema extremamente simples que pode 'computar' operações lógicas básicas como OU e NÃO em resposta a entradas moleculares específicas. Isso tem aplicações potenciais em sistemas de diagnóstico rápidos e complexos.

Os diagnósticos clínicos frequentemente dependem da detecção de patógenos e biomarcadores de doenças a partir de amostras de sangue ou outros fluidos biológicos de pacientes. A maioria desses testes produz um resultado simples 'verdadeiro' ou 'falso' para a presença de um único biomarcador. A capacidade de realizar operações lógicas como AND e OR para dois ou mais biomarcadores pode aumentar muito o poder de diagnóstico de tais testes. O progresso na construção de portas lógicas biomoleculares é dificultado pelas modificações complexas e quimicamente exigentes necessárias para produzir sistemas lógicos práticos.

Xiao Di Su e colegas do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais A * STAR e da University College London desenvolveram um sistema de diagnóstico altamente versátil e confiável usando nanobastões de ouro, DNA e proteínas, que é fácil de criar e oferece o potencial para operações sofisticadas de computação baseada em lógica.

"Tomamos a regulação do gene humano, um dos mecanismos mais precisos da natureza, e aplicou-o para desenvolver a base de uma nova tecnologia no campo da biocomputação, "diz Su.

Os nanobastões de ouro absorvem luz em comprimentos de onda específicos determinados pelas dimensões dos bastões, mas o grau de absorção é controlado pela agregação dos nanobastões em solução. Su e seus colegas descobriram que, quando o DNA de fita dupla (dsDNA) foi adicionado à solução de nanorod, a agregação dos nanobastões pode ser controlada de forma confiável pela concentração de dsDNA.

Para demonstrar o sistema, os pesquisadores criaram a solução usando segmentos de DNA contendo a sequência de DNA para elementos do receptor de estrogênio (ER), o que permitiria ao sistema responder à adição de proteínas ER. Eles descobriram que o sistema poderia ser configurado para dar um resultado OR - uma mudança de um nível de absorbância 'baixo' para 'alto' quando uma ou ambas as duas variantes ER diferentes (ERα e ERβ) foram adicionadas à solução - também como NÃO resulta em resposta à adição de dsDNA. A equipe então demonstrou outras funções lógicas (IMPLY, FALSO, TRUE e BUFFER), que, quando arranjados em série, formavam a base para operações lógicas mais complexas.

"Este é um simples, ainda uma plataforma altamente versátil que não depende de funcionalização de nanomateriais ou outros métodos de fabricação complicados, e demonstra o enorme potencial de aplicações inspiradas na natureza usando eventos de ligação biológica para manipular as propriedades ópticas dos nanomateriais, "diz Su.