Cientistas constroem sistema sintético sofisticado usando nanoestruturas auto-replicantes

Crédito:Angewandte Chemie Edição Internacional (2024). DOI:10.1002/anie.202403492

Uma equipe de pesquisa liderada pelo falecido professor Liang Haojun, do Laboratório Nacional de Ciências Físicas de Hefei, na Microescala da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), desenvolveu uma estratégia fácil mediada por entalpia para controlar com precisão a replicação e a montagem catalítica do DNA. -colóides funcionalizados de maneira dependente do tempo, facilitando a criação de nanomateriais ordenados em grande escala. O estudo foi publicado na Angewandte Chemie Edição Internacional .

A replicação da informação é uma característica fundamental da natureza, com os ácidos nucleicos desempenhando um papel crucial nos sistemas biológicos. No entanto, a criação de sistemas sintéticos que possam produzir nanomateriais ordenados tridimensionalmente em grande escala usando nanoestruturas auto-replicantes continua sendo um desafio formidável.

Os sistemas auto-replicantes artificiais existentes muitas vezes ficam aquém da montagem programável em nanoestruturas sofisticadas, limitando suas funções e aplicações potenciais.

A equipe de pesquisa desenvolveu uma solução inovadora para superar os desafios existentes. Aproveitando o poder da especificidade do DNA e os princípios da nanotecnologia dinâmica do DNA, eles estabeleceram um sistema modelo que inclui sementes coloidais funcionalizadas com DNA.

Essas sementes foram emparelhadas com um subsistema programado de circuito simplificado de deslocamento de fita de DNA, que foi projetado para produzir cópias coloidais funcionalizadas por DNA. Este sistema operava em temperatura ambiente, eliminando a necessidade de processos complexos e potencialmente prejudiciais em altas temperaturas.

A principal inovação residiu no uso de um sistema de interação dependente do tempo que controlava a replicação e montagem catalítica de equivalentes de átomos programáveis (PAEs). Os PAEs, consistindo de núcleos coloidais funcionalizados com DNA, foram capazes de reconhecer e ligar fitas complementares de DNA através de um processo conhecido como reações de deslocamento de fita mediada por toehold (TMSD).

Isto permitiu a liberação controlada de catalisadores do sistema modelo, que por sua vez iniciou a replicação de sementes de PAE e a montagem de cópias de PAE em estruturas de superrede.

Através da montagem programada do DNA, as cópias inativas do PAE adquiriram gradualmente as mesmas extremidades adesivas das sementes do PAE, facilitando a replicação e subsequente montagem em superredes ordenadas. É importante ressaltar que o sistema demonstrou notável precisão no reconhecimento e transmissão de informações do modelo durante o processo de replicação, garantindo fidelidade na reprodução de estruturas super-redes.

O estudo abre caminhos para a construção de materiais superredes coloidais tridimensionais complexos, programáveis e em grande escala, que podem encontrar aplicações em campos que vão da ciência dos materiais à biotecnologia.

Mais informações: Xiaoyun Sun et al, Programação de Supercristais Usando Colóides Funcionalizados com DNA Replicável, Angewandte Chemie Edição Internacional (2024). DOI:10.1002/anie.202403492
Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional

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