p Por meio de uma técnica conhecida como origami de DNA, cientistas criaram o mais rápido, mais persistente nano motor de DNA ainda. Angewandte Chemie publicou as descobertas, que fornecem um plano de como otimizar o projeto de motores em nanoescala - centenas de vezes menores do que a célula humana típica. p "Motores em nanoescala têm um enorme potencial para aplicações em biossensor, na construção de células sintéticas e também para robótica molecular, "diz Khalid Salaita, autor sênior do artigo e professor de química na Emory University. "O origami de DNA nos permitiu mexer na estrutura do motor e descobrir os parâmetros de design que controlam suas propriedades."

p O novo motor de DNA é em forma de haste e usa combustível de RNA para rolar persistentemente em linha reta, sem intervenção humana, em velocidades de até 100 nanômetros por minuto. Isso é até 10 vezes mais rápido do que os motores de DNA anteriores.

p Salaita também faz parte do corpo docente do Departamento de Engenharia Biomédica Wallace H. Coulter, um programa conjunto do Instituto de Tecnologia da Geórgia e Emory. O artigo é uma colaboração entre o laboratório Salaita e Yonggang Ke, professor assistente na Escola de Medicina de Emory e no Departamento de Engenharia Biomédica Wallace H. Coulter.

p "Nosso motor de DNA projetado é rápido, "Ke diz, "mas ainda temos um longo caminho a percorrer para alcançar a versatilidade e a eficiência dos motores biológicos da natureza. Em última análise, o objetivo é fazer motores artificiais que combinem com a sofisticação e funcionalidade das proteínas que movimentam cargas nas células e permitem que desempenhem várias funções. "

p Fazendo coisas fora do DNA, apelidado de origami de DNA em homenagem ao tradicional artesanato japonês de dobrar papel, aproveita a afinidade natural para as bases de DNA A, G, C e T para se emparelharem. Ao mover a sequência de letras nas fitas, os pesquisadores podem fazer com que os filamentos de DNA se liguem de maneiras que criam formas diferentes. A rigidez do origami de DNA também pode ser facilmente ajustada, portanto, permanecem retos como um pedaço de espaguete seco ou dobram-se e enrolam-se como espaguete cozido.

p Poder computacional crescente, e o uso de automontagem de DNA para a indústria de genômica, avançaram muito no campo do origami de DNA nas últimas décadas. Os usos potenciais para motores de DNA incluem dispositivos de entrega de drogas na forma de nanocápsulas que se abrem quando atingem um local alvo, nanocomputadores e nanorrobôs trabalhando em linhas de montagem em nanoescala.

p "Essas aplicações podem parecer ficção científica agora, mas nosso trabalho está ajudando a aproximá-los da realidade, "diz Alisina Bazrafshan, um Emory Ph.D. candidato e primeiro autor do novo artigo.

p Um dos maiores desafios dos motores de DNA é o fato de que as regras que governam o movimento em nanoescala são diferentes daquelas para objetos que os humanos podem ver. Dispositivos em escala molecular devem abrir caminho através de uma barragem constante de moléculas. Essas forças podem fazer com que esses dispositivos minúsculos se movam aleatoriamente, como grãos de pólen flutuando na superfície de um rio, um fenômeno conhecido como movimento browniano.

p A viscosidade dos líquidos também causa um impacto muito maior em algo tão pequeno quanto uma molécula, então a água se torna mais parecida com melaço.

p Muitos motores de DNA anteriores "andam" com um movimento mecânico de perna sobre perna. O problema é que as versões de duas pernas tendem a ser inerentemente instáveis. Motores ambulantes com mais de duas pernas ganham estabilidade, mas as pernas extras os tornam mais lentos.

p Os pesquisadores de Emory resolveram esses problemas projetando um motor de DNA em forma de haste que rola. A haste, ou "chassi" do motor consiste em 16 filamentos de DNA unidos em uma pilha de quatro por quatro para formar um feixe com quatro lados planos. Trinta e seis pedaços de DNA projetam-se de cada face da haste, como pezinhos.

p Para alimentar seu movimento, o motor é colocado em uma trilha de RNA, um ácido nucleico com pares de bases que são complementares aos pares de bases do DNA. O RNA puxa os pés do DNA em uma das faces do motor e os liga ao trilho. Uma enzima que tem como alvo apenas o RNA que está ligado ao DNA, então rapidamente destrói o RNA ligado. Isso faz com que o motor gire, à medida que os pés do DNA na próxima face do motor são puxados para frente por sua atração pelo RNA.

p O motor de DNA em movimento forja um caminho persistente, então continua a se mover em linha reta, em oposição ao movimento mais aleatório dos motores de DNA ambulantes. O movimento giratório também aumenta a velocidade do novo motor de DNA:ele pode percorrer o comprimento de uma célula-tronco humana em duas ou três horas. Os motores de DNA anteriores precisariam de cerca de um dia para cobrir a mesma distância, e a maioria carece de persistência para chegar tão longe.

p Um dos maiores desafios foi medir a velocidade do motor em nanoescala. Esse problema foi resolvido adicionando marcadores fluorescentes em cada extremidade do motor de DNA e otimizando as condições de imagem em um microscópio fluorescente.

p Por tentativa e erro, os pesquisadores determinaram que uma forma de haste rígida era ideal para se mover em linha reta e que 36 pés em cada face do motor fornecia densidade ideal para velocidade.

p "Fornecemos uma plataforma ajustável para motores de origami de DNA que outros pesquisadores podem usar para projetar, testar e otimizar motores para avançar ainda mais no campo, "Bazrafshan diz." Nosso sistema permite que você teste os efeitos de todos os tipos de variáveis, como formato e rigidez do chassi e o número e densidade de pernas para ajustar seu design. "

p Por exemplo, que variáveis ​​dariam origem a um motor de DNA que se move em círculos? Ou um motor que gira para contornar barreiras? Ou aquele que se transforma em resposta a um alvo específico?

p "Esperamos que outros pesquisadores apresentem outros designs criativos com base nessas descobertas, "Diz Bazrafshan.