p Ilustração de um nanotubo de carbono de parede única envolto em DNA. Crédito:Benjamin Lambert, EPFL
p O Prêmio Nobel de Química de 2018 foi para três cientistas que desenvolveram o método que mudou para sempre a engenharia de proteínas:a evolução direcionada. Imitando a evolução natural, a evolução dirigida orienta a síntese de proteínas com funções novas ou melhoradas. p Primeiro, a proteína original sofre mutação para criar uma coleção de variantes de proteínas mutantes. As variantes de proteína que mostram funções melhoradas ou mais desejáveis são selecionadas. Essas proteínas selecionadas são então mais uma vez mutadas para criar outra coleção de variantes de proteínas para outra rodada de seleção. Este ciclo é repetido até um final, a proteína mutada é desenvolvida com desempenho otimizado em comparação com a proteína original.
p Agora, cientistas do laboratório de Ardemis Boghossian na EPFL, foram capazes de usar a evolução direcionada para construir proteínas, mas nanopartículas sintéticas. Essas nanopartículas são usadas como biossensores ópticos - pequenos dispositivos que usam luz para detectar moléculas biológicas no ar, agua, ou sangue. Biossensores ópticos são amplamente utilizados em pesquisas biológicas, Desenvolvimento de drogas, e diagnósticos médicos, como monitoramento em tempo real de insulina e glicose em diabéticos.
p "A beleza da evolução dirigida é que podemos projetar uma proteína sem nem mesmo saber como sua estrutura está relacionada à sua função, "diz Boghossian." E nem mesmo temos essa informação para o vasto, grande maioria das proteínas. "
p Princípio geral da abordagem de evolução direcionada aplicada aos complexos de nanopartículas DNA-SWCNT. O complexo inicial é um DNA-SWCNT com um sinal óptico fraco. Isso se desenvolve por meio da evolução direcionada:(1) mutação aleatória da sequência de DNA; (2) envolvimento dos SWCNTs com o DNA e triagem do sinal óptico do complexo; (3) seleção dos complexos DNA-SWCNT exibindo um sinal óptico melhorado. Após vários ciclos de evolução, podemos desenvolver complexos DNA-SWCNT que mostram um comportamento óptico aprimorado. Crédito:Benjamin Lambert (EPFL)
p Seu grupo usou a evolução direcionada para modificar as propriedades optoeletrônicas de nanotubos de carbono de parede única envoltos em DNA (ou, DNA-SWCNTs, como são abreviados), que são tubos nanométricos de átomos de carbono que se assemelham a folhas enroladas de grafeno cobertas por DNA. Quando eles detectam seu alvo, os DNA-SWCNTs emitem um sinal óptico que pode penetrar através de fluidos biológicos complexos, como sangue ou urina.
p Usando uma abordagem de evolução direcionada, A equipe de Boghossian foi capaz de projetar novos DNA-SWCNTs com sinais ópticos que são aumentados em até 56% - e eles fizeram isso em apenas dois ciclos de evolução.
p "A maioria dos pesquisadores neste campo apenas seleciona grandes bibliotecas de diferentes materiais na esperança de encontrar um com as propriedades que procuram, "diz Boghossian." Em nanosensores ópticos, tentamos melhorar propriedades como seletividade, brilho, e sensibilidade. Ao aplicar a evolução dirigida, nós fornecemos aos pesquisadores uma abordagem guiada para a engenharia desses nanosensores. "
p O estudo mostra que o que é essencialmente uma técnica de bioengenharia pode ser usada para ajustar de forma mais racional as propriedades optoeletrônicas de certos nanomateriais. Boghossian explica:"Campos como a ciência dos materiais e a física estão principalmente preocupados em definir as relações entre a estrutura e a função do material, tornando os materiais que carecem dessas informações difíceis de projetar. Mas este é um problema que a natureza resolveu bilhões de anos atrás - e, nas décadas recentes, os biólogos também o abordaram. Acho que nosso estudo mostra que, como cientistas e físicos de materiais, ainda podemos aprender algumas lições pragmáticas com biólogos. "
