p Mova a Mona Lisa, aí vem o jogo da velha. p Foi há cerca de um ano que os cientistas do Caltech no laboratório de Lulu Qian, professor assistente de bioengenharia, anunciaram que usaram uma técnica conhecida como origami de DNA para criar ladrilhos que poderiam ser projetados para se automontar em nanoestruturas maiores que carregam padrões predefinidos. Eles escolheram fazer a menor versão do mundo da icônica Mona Lisa.

p A façanha foi impressionante, mas a técnica tinha uma limitação semelhante à das tintas a óleo de Leonardo da Vinci:uma vez que a imagem foi criada, não poderia ser mudado facilmente.

p Agora, a equipe Caltech deu mais um salto em frente com a tecnologia. Eles criaram novos blocos que são mais dinâmicos, permitindo aos pesquisadores remodelar estruturas de DNA já construídas. Quando Paul Rothemund (BS '94), da Caltech, foi o pioneiro no origami de DNA, há mais de uma década, ele usou a técnica para construir um rosto sorridente. A equipe de Qian agora pode transformar aquele sorriso em uma carranca, e então, Se eles querem, Gire esse olhar severo de cabeça para baixo. E eles foram ainda mais longe, criando um jogo microscópico de jogo da velha em que os jogadores colocam seus X e O adicionando peças de DNA especiais ao tabuleiro.

p "Desenvolvemos um mecanismo para programar as interações dinâmicas entre nanoestruturas de DNA complexas, "diz Qian." Usando este mecanismo, criamos o menor tabuleiro de jogo do mundo para jogar jogo da velha, onde cada movimento envolve a autoconfiguração molecular para a troca de centenas de filamentos de DNA de uma só vez. "

p Juntando as peças

p Esse mecanismo de troca combina duas nanotecnologias de DNA desenvolvidas anteriormente. Ele usa os blocos de construção de um e o conceito geral do outro:telhas de automontagem, que foram usados ​​para criar a minúscula Mona Lisa; e deslocamento do fio, que tem sido usado pela equipe de Qian para construir robôs de DNA.

p Ambas as tecnologias fazem uso da capacidade do DNA de ser programado por meio do arranjo de suas moléculas. Cada fita de DNA consiste em uma espinha dorsal e quatro tipos de moléculas conhecidas como bases. Essas bases - adenina, guanina, citosina, e timina, abreviado como A, T, C, e G - podem ser organizados em qualquer ordem, com a ordem que representa as informações que podem ser usadas pelas células, ou, neste caso, por nanomáquinas projetadas.

p A segunda propriedade do DNA que o torna útil para a construção de nanoestruturas é que o A, T, C, e as bases G têm uma tendência natural de se emparelhar com suas contrapartes. Os pares de base A com T, e C pares com G. Por extensão, qualquer sequência de bases desejará emparelhar-se com uma sequência complementar. Por exemplo, ATTAGCA desejará emparelhar com TAATCGT.

p Contudo, uma sequência também pode ser emparelhada com uma sequência parcialmente correspondente. Se ATTAGCA e TAATACC foram colocados juntos, suas porções ATTA e TAAT se emparelhariam, e as porções não correspondentes ficariam penduradas nas pontas. Quanto mais próximos dois fios se complementam, mais atraídos eles são um pelo outro, e quanto mais fortemente eles se ligam.

p Para imaginar o que acontece no deslocamento dos fios, imagine duas pessoas que estão namorando e têm várias coisas em comum. Amy gosta de cachorros, caminhada, filmes, e indo para a praia. Adam gosta de cachorros, caminhada, e degustação de vinhos. Eles se unem por causa do interesse comum em cães e caminhadas. Em seguida, outra pessoa entra em cena. Eddie gosta de cachorros, caminhada, filmes, e boliche. Amy percebe que tem três coisas em comum com Eddie, e apenas dois em comum com Adam. Amy e Eddie sentem-se fortemente atraídos um pelo outro, e Adam é despejado - como uma fita de DNA deslocada.

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p A outra tecnologia, ladrilhos de auto-montagem, é mais simples de explicar. Essencialmente, os ladrilhos, embora todos em forma quadrada, são projetados para se comportar como as peças de um quebra-cabeça. Cada peça tem seu próprio lugar na imagem montada, e ele só se encaixa naquele local.

p Ao criar sua nova tecnologia, A equipe de Qian imbuiu ladrilhos de automontagem com habilidades de deslocamento. O resultado são peças que podem encontrar seu local designado em uma estrutura e, em seguida, chutar para fora a peça que já ocupa aquela posição. Considerando que Eddie apenas se relacionou com uma pessoa, fazendo com que outro seja chutado para o meio-fio, os ladrilhos são mais como uma criança adotada que se conecta tão fortemente com uma nova família que tiram o título de "favorito" da descendência biológica.

p "Nesse trabalho, nós inventamos o mecanismo de deslocamento da telha, que segue o princípio abstrato de deslocamento de fita, mas ocorre em uma escala maior entre as estruturas de origami de DNA, "diz o ex-aluno de graduação de Qian Philip Petersen (Ph.D. '18), autor principal do estudo. "Este é o primeiro mecanismo que pode ser usado para programar comportamentos dinâmicos em sistemas de múltiplas estruturas de origami de DNA interagindo."

p Vamos jogar

p Para começar o jogo da velha, A equipe de Qian misturou uma solução de ladrilhos de placa em branco em um tubo de ensaio. Uma vez que o conselho se montou, os jogadores se revezaram adicionando peças X ou O à solução. Devido à natureza programável do DNA de que são feitos, as peças foram projetadas para deslizar em pontos específicos do tabuleiro, substituindo os ladrilhos em branco que estavam lá. Um bloco X pode ser projetado para deslizar apenas para o canto esquerdo inferior do tabuleiro, por exemplo. Os jogadores poderiam colocar um X ou e O em qualquer espaço em branco que desejassem, usando blocos projetados para ir onde desejassem. Após seis dias de jogo fascinante, o jogador X saiu vitorioso.

p Obviamente, nenhum pai sairá correndo para comprar para seus filhos um jogo de jogo da velha que leva quase uma semana para ser jogado, mas o jogo da velha não é realmente o ponto, diz Grigory Tikhomirov, bolsista sênior de pós-doutorado e co-primeiro autor do estudo. O objetivo é usar a tecnologia para desenvolver nanomáquinas que possam ser modificadas ou reparadas depois de construídas.

p "Quando você tem um pneu furado, você provavelmente irá apenas substituí-lo em vez de comprar um carro novo. Esse tipo de reparo manual não é possível para máquinas em nanoescala, "ele diz." Mas com este processo de deslocamento de ladrilhos descobrimos, torna-se possível substituir e atualizar várias partes de máquinas projetadas em nanoescala para torná-las mais eficientes e sofisticadas. "

p Seu papel, intitulado "Reconfiguração autônoma baseada em informação em sistemas de nanoestruturas de DNA em interação, "aparece na edição de 18 de dezembro de Nature Communications .