Inspirados na maneira como as moléculas interagem na natureza, os pesquisadores médicos da UNSW projetam máquinas versáteis em nanoescala para permitir maior alcance funcional.
Para suportar as condições desafiadoras dentro dos organismos vivos, as máquinas moleculares precisam ser construídas de forma durável para operação contínua por longos períodos. Ao mesmo tempo, eles precisam se adaptar às diferentes necessidades e ao ambiente em constante mudança, trocando rapidamente os componentes moleculares para reconfigurar o maquinário.

Uma equipe, liderada por A/Prof. Lawrence Lee, do EMBL Australia Node in Single Molecule Science da UNSW Medicine &Health, relata como eles projetaram e construíram máquinas moleculares de troca rápida com estabilidade na revista ACS Nano .

"Adotamos uma abordagem de biologia sintética para este problema, construindo uma máquina nanoscópica artificial usando componentes de DNA e proteínas. Ser capaz de trocar subunidades aumenta a funcionalidade, assim como observamos na biologia", disse A/Prof. Lee, da UNSW School of Medical Sciences e pesquisador do ARC Center of Excellence in Synthetic Biology.

Ele e sua equipe projetaram máquinas moleculares dobrando fitas de DNA em formas tridimensionais, uma técnica chamada origami de DNA. Eles mostraram que suas nanomáquinas de DNA poderiam transportar carga de DNA e proteína e geralmente seriam compatíveis com outras biomoléculas e nanopartículas. A carga se liga em vários locais ao receptor de DNA e pode ser deslocada por uma nova carga por meio de um processo de ligação competitiva, quando outra carga está presente em solução.

Um exemplo de uma das máquinas da natureza que incorpora o paradoxo da estabilidade e troca rápida é uma máquina celular que faz cópias do DNA – o DNA replissoma. O mecanismo de troca competitiva usado pelo replisome para atingir simultaneamente essas propriedades opostas foi proposto em uma publicação anterior em Nucleic Acid Research da equipe do Prof. Antoine van Oijen da Universidade de Woollongong, que também é co-autor do estudo atual.

A/Prof. Lee e sua equipe agora deram vida a essa teoria usando nanotecnologia de DNA e engenharia de proteínas. "É o primeiro sistema sintético que usou o chamado princípio de 'troca competitiva em vários locais'", disse ele.

Outros mecanismos foram relatados que conferem as propriedades duais de robustez e troca rápida, mas até agora, essa dicotomia não foi possível com outras biomoléculas.

"Até agora, todas as máquinas moleculares sintetizadas usando nanotecnologia de DNA são acionadas pela troca de uma fita de DNA, mas a troca apenas de DNA é um pouco limitante. Nossas descobertas expandem a complexidade funcional disponível para a nanotecnologia de DNA", disse A/Prof. Lee.

Ele acredita que há uma abundância de conhecimento na natureza para os pesquisadores de nanotecnologia explorarem. “A troca rápida e a manutenção de alta estabilidade parecem ser dois estados incompatíveis, mas existem muitas máquinas em nanoescala da natureza que se comportam dessa maneira”.

O campo da nanotecnologia de DNA ainda está em sua infância. Embora existam muitos outros desafios de design a serem superados para que os pesquisadores possam realizar todo o potencial das máquinas moleculares, a capacidade de criar máquinas que possam agir de forma autônoma e se adaptar às mudanças no ambiente substituindo diferentes biomoléculas é um grande passo em direção a um gama de aplicações, desde a construção de materiais inteligentes responsivos até o direcionamento da entrega de medicamentos terapêuticos em células doentes e muito mais. + Explorar mais

Como os químicos estão construindo linhas de montagem molecular