DNA monta estruturas visíveis a olho nu

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/02/2022

Os blocos de hidrogel foram capazes de se agrupar por cor devido à correspondência de fitas de DNA em sua superfície.
[Imagem: OIST]

Do invisível para o visível.

Cientistas usaram fitas microscópicas de DNA, medindo cerca de 2,5 nanômetros, para montar blocos de hidrogel macroscópicos, que podem ser vistos a olho nu.

A técnica conhecida como origami de DNA tem sido usada há anos para montar estruturas com as mais diversas finalidades, mas sempre estruturas microscópicas.

Agora, os pesquisadores programaram as moléculas de DNA para que elas dirigissem a montagem de blocos de hidrogel em estruturas ramificadas de cores alternadas. Além dessa automontagem, os blocos ainda se autoclassificaram em grupos da mesma cor.

Os blocos de hidrogel, que medem até 2 mm de comprimento, se automontam em cerca de 10 a 15 minutos quando misturados em uma solução.

"Esses blocos de hidrogel são, acreditamos, os maiores objetos até hoje programados pelo DNA para formar estruturas organizadas," disse o pesquisador Vyankat Sontakke, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japão.

Automontagem

O processo de automontagem - no qual uma estrutura organizada se forma espontaneamente quando dois ou mais componentes individuais interagem - é comum na natureza, com células e DNA capazes de se automontar em estruturas microscópicas incrivelmente complexas.

Mas usar interações que ocorrem em escala molecular para direcionar a montagem de objetos macroscópicos - ou seja, visíveis a olho nu - é um campo de pesquisa relativamente novo, principalmente com DNA.

"Independentemente das aplicações potenciais, é incrível poder testemunhar com nossos próprios olhos uma química tão microscópica quanto a das fitas de DNA interagindo. É uma ciência muito divertida," disse o professor Yohei Yokobayashi, coordenador da equipe.

Uma molécula de DNA de fita dupla é formada por duas fitas simples de DNA que se torcem uma em torno da outra em formato de parafuso. As duas fitas são mantidas juntas pelas ligações entre as bases, que se encaixam como um quebra-cabeça (A com T e C com G). Essa capacidade específica de emparelhamento de bases permite projetar fitas de DNA sintéticas que se combinam com outras fitas de maneira precisa, gerando o formato programado.

Processo de auto-organização dos blocos de gel para formar agrupamentos por cor.
[Imagem: Vyankat A. Sontakke et al. - 10.1021/jacs.1c10308]

Medicina regenerativa

Em um dos experimentos, os pesquisadores anexaram moléculas de DNA de fita simples à superfície de blocos de hidrogel de cor vermelha e verde - as fitas de DNA nos blocos vermelhos combinavam com as fitas de DNA nos blocos verdes.

Quando os blocos de hidrogel foram agitados em uma solução, as fitas correspondentes de DNA se emparelharam, agindo como uma "cola" que uniu os blocos vermelho e verde. Após dez minutos, os blocos separados se automontaram em uma estrutura simples de ramificação de cores alternadas.

"Isso é realmente empolgante porque significa que, usando o DNA como 'cola' para unir os blocos de hidrogel, o processo é totalmente reversível," disse Sontakke. "Isso significa que os componentes individuais também podem ser reutilizados."

"Esta ainda é uma pesquisa básica, mas, no futuro, essas técnicas poderão ser usadas para engenharia de tecidos e medicina regenerativa. Pode ser possível colocar diferentes tipos de células dentro de cubos de hidrogel, que poderão então se montar nas complexas estruturas 3-D necessárias para desenvolver novos tecidos e órgãos," previu Yokobayashi.

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