Biofísicos da Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em Munique usaram uma nova variante da microscopia de super-resolução para visualizar todas as fitas de uma nanoestrutura baseada em DNA pela primeira vez. O método promete otimizar o projeto de tais estruturas para aplicações específicas.

O termo 'origami de DNA' refere-se a um método para o projeto e automontagem de estruturas moleculares complexas com precisão nanométrica. A técnica explora as interações de emparelhamento de bases entre moléculas de DNA de fita simples de sequência conhecida para gerar nanoestruturas tridimensionais intrincadas com formas predefinidas em números arbitrariamente grandes. O método tem grande potencial para uma ampla gama de aplicações em pesquisas básicas biológicas e biofísicas. Assim, os pesquisadores já estão usando origami de DNA para desenvolver nanomáquinas funcionais. Nesse contexto, a capacidade de caracterizar a qualidade do processo de montagem é vital. Agora uma equipe liderada por Ralf Jungmann, Professor de Física Experimental na LMU Munique e chefe do laboratório de Imagem Molecular e Bionanotecnologia do Instituto Max Planck de Bioquímica (Martinsried), relata um avanço importante nesse sentido. No jornal online Nature Communications , ele e seus colegas descrevem um modo de microscopia de super-resolução que permite que todos os fios dentro dessas nanoestruturas sejam visualizados individualmente. Isso permitiu que eles concluíssem que a montagem prossegue de maneira robusta sob uma ampla gama de condições, mas que a probabilidade de que uma dada fita seja eficientemente incorporada depende da posição precisa de sua sequência alvo na estrutura em crescimento.

Estruturas de origami de DNA são essencialmente montadas permitindo que uma longa molécula de DNA de fita simples (a fita "andaime") interaja de forma controlada, forma predefinida com um conjunto de fios "básicos" mais curtos. Este último se liga a trechos específicos ('complementares') da vertente do arcabouço, progressivamente dobrando-o na forma desejada. "No nosso caso, as fitas de DNA se auto-montam em uma estrutura retangular plana, que serve como o bloco de construção básico para muitos estudos baseados em origami de DNA no momento, "diz Maximilian Strauss, co-primeiro autor do novo artigo, junto com Florian Schüder e Daniel Haas. Com o auxílio de uma técnica de super-resolução chamada DNA-PAINT, os pesquisadores são capazes de visualizar nanoestruturas com resolução espacial sem precedentes, permitindo-lhes a imagem de cada um dos fios nas nanoestruturas. "Portanto, agora podemos visualizar diretamente todos os componentes da estrutura do origami e determinar o quão bem ele se montou, "diz Strauss.

Como o próprio nome sugere, a própria técnica DNA-PAINT também faz uso da especificidade das interações DNA-DNA. Aqui, curtos filamentos de 'imager' ligados a moléculas de corante que emparelham com sequências complementares são usados ​​para identificar locais que são acessíveis para ligação. Os fios do termovisor interagem de forma transitória, mas repetitiva, com seus locais-alvo, o que resulta em um sinal "piscando". "Ao comparar as informações nas imagens individuais de fluorescência, somos capazes de alcançar uma resolução mais alta, para que possamos inspecionar toda a estrutura em detalhes, "Strauss diz." Este fenômeno pode ser entendido da seguinte maneira. Digamos que estamos olhando para uma casa com duas janelas iluminadas. Visto de uma certa distância, parece que a luz vem de uma fonte. Contudo, pode-se distinguir facilmente entre as posições das duas janelas se as luzes forem ligadas e desligadas alternadamente. "Portanto, o método permite que os pesquisadores determinem as posições dos fios de grampo ligados com precisão, e o sinal intermitente específico emitido pelos filamentos do imageador revela locais que estão disponíveis para ligação.

Os resultados obtidos com o método DNA-PAINT revelaram que variações em vários parâmetros físicos - como a velocidade geral de formação da estrutura - têm pouca influência na qualidade geral do processo de montagem. Contudo, embora sua eficiência possa ser aumentada pelo uso de fios de grampo adicionais, nem todas as fitas foram encontradas em todas as nanopartículas formadas, ou seja, nem todos os locais disponíveis foram ocupados em todas as estruturas finais. “Ao montar nanomáquinas, portanto, é aconselhável que os componentes individuais sejam adicionados em grande quantidade e as posições das modificações escolhidas de acordo com nosso mapeamento de eficiência de incorporação, "Strauss diz.

O método DNA-PAINT fornece, assim, um meio de otimizar a construção de nanoestruturas de DNA. Além disso, os autores acreditam que a tecnologia tem grande potencial no campo da biologia estrutural quantitativa, uma vez que permitirá aos pesquisadores medir parâmetros importantes, como a eficiência da marcação de anticorpos, proteínas celulares e ácidos nucléicos diretamente.