3D-DNA nanoestruturas

Dobrando o DNA A nanotecnologia de DNA, que é como a dobra de papel, foi desenvolvida há cerca de 30 anos. Em 2006, Paul Rothemund, do California Institute of Technology, demonstrou dobrar longas fitas de DNA em uma ampla gama de formas predeterminadas. As nanoestruturas resultantes podem ser usadas como andaimes ou como placas de circuito em miniatura para a montagem precisa de componentes como nanotubos de carbono e nanofios. Mas para fazer a estrutura do DNA de várias dobras, várias centenas de "grampos" devem ser adicionados às regiões ao redor das fitas individuais de DNA, e para fazer novas nanoestruturas, um novo conjunto de grampos é necessário. Além disso, as estruturas do DNA tendem a se organizar aleatoriamente na superfície de um substrato, tornando difícil integrá-las posteriormente aos circuitos eletrônicos. tijolo de DNA Para superar a dificuldade acima, pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica para fazer nanoestruturas 3D altamente complexas por meio da montagem de "tijolos" de DNA sintético. Os tijolos, que são como pequenos pedaços de LEGO, podem ser montados em uma ampla variedade de formas e configurações para construir nanoestruturas elaboradamente projetadas. Os pesquisadores fizeram blocos de DNA pela técnica de auto-montagem, começando com longas fitas de DNA, entrelaçando fitas curtas e sintéticas de DNA para formar estruturas maiores, controlando adequadamente as interações locais entre as fitas. A técnica se baseia no método de automontagem do DNA usando os quatro pares de bases do DNA - adenosina, timina, citosina e guanina, que podem se juntar naturalmente de maneiras específicas para fabricar uma coleção de estruturas 2D. Técnica A técnica para fazer a estrutura 3D começa com uma fita de DNA-tijolo menor de apenas 32 bases de comprimento, tendo quatro regiões para se ligar a quatro fitas vizinhas de DNA-tijolo que são conectadas a 90 ° e construídas no espaço para criar um cubo molecular de DNA contendo centenas de tijolos. Cada estrutura de DNA se auto-monta em um tijolo codificado com uma sequência individual que determina sua posição final na nanoestrutura. Cada sequência será atraída apenas por uma sequência complementar, de forma que formas específicas possam ser criadas por meio da seleção de diferentes sequências. Aplicativos Usando a técnica de tijolos de DNA, qualquer número de estruturas pode ser feito muito facilmente a partir do mesmo cubo mestre, simplesmente selecionando subconjuntos de tijolos de DNA específicos. Muitas formas complexas podem ser feitas contendo cavidades intrincadas, características de superfície e canais que são mais complexos do que qualquer estrutura de DNA 3D construída até agora. Também podem ser feitas modificações adicionando ou removendo tijolos de DNA sem alterar a estrutura principal. Os pesquisadores afirmam que muitas moléculas convidadas tecnologicamente relevantes podem ser incorporadas em dispositivos funcionais que podem servir como sondas moleculares programáveis, instrumentos para imagens biológicas e veículos de entrega de drogas e para fabricar dispositivos inorgânicos complexos de alto rendimento para aplicações eletrônicas e fotônicas. Eles ainda afirmam que usando polímeros sintéticos em vez da forma natural de DNA, pode ser possível criar estruturas funcionais que são estáveis ​​em uma ampla variedade de ambientes diferentes. Os pesquisadores dizem que as estruturas feitas com a técnica de DNA-brick podem ser usadas em uma ampla variedade de aplicações, como em dispositivos médicos inteligentes para a administração de medicamentos no corpo, sondas de imagem programáveis ​​e até mesmo na fabricação de computadores mais rápidos e poderosos. circuitos de chip. microchip de DNA Os microchips são usados ​​em computadores, telefones celulares e outros dispositivos eletrônicos. A IBM está construindo microchips de DNA usando nanoestruturas de DNA. Este é um esforço para usar moléculas biológicas para ajudar no processamento na indústria de semicondutores, porque estruturas biológicas como o DNA, na verdade, oferecem alguns tipos de padrões repetitivos e muito reproduzíveis. Será a estrutura da próxima geração e os fabricantes de chips estão competindo para desenvolver os menores chips a um preço mais barato. Detecção de genes Uma plataforma de detecção de genes feita de nanoestruturas de DNA automontadas foi feita usando 100 trilhões de componentes de DNA reativos e funcionais. Ao escanear os rótulos diferenciados anexados na massa, uma leitura clara da composição molecular de uma solução pode ser obtida. Este método permitirá o código de barras de moléculas individuais para fácil identificação e análise. Bio sensoriamento A investigação de pesquisadores norte-americanos resultou em nanoestruturas feitas inteiramente de grafeno e DNA. Quando as interações entre os dois componentes foram rastreadas usando uma proteína fluorescente, descobriu-se que o DNA de fita simples interage com o composto de carbono muito mais forte do que seu irmão de fita dupla. Quando o DNA complementar foi adicionado às fitas já no grafema, a proteína marcadora começou a brilhar com força renovada, indicando que novas moléculas de DNA foram formadas, à medida que as primeiras fitas se separavam de seu substrato de grafeno. De acordo com os pesquisadores, essa propriedade pode abrir caminho para a criação de novas classes de biossensores. Nanoestruturas de grafeno-DNA serão usadas em hospitais para detectar doenças como câncer, toxinas em decomposição e alimentos alterados e também para escanear embalagens suspeitas de portarem armas biológicas para quaisquer vestígios de patógenos. máquinas de DNA O Oxford Center for Soft and Biological Matter relata que a seletividade elegante do par de bases Watson-Crick torna o DNA uma ferramenta extremamente útil para a construção de objetos e máquinas em nanoescala. Estruturas estáveis ​​e ciclos mecânicos podem ser programados em um sistema de fitas simples por meio da escolha cuidadosa das sequências de bases. Estrutura da nanoestrutura de DNA Pesquisadores da Arizona State University desenvolveram várias formas e tamanhos de nanoestruturas de DNA que podem transportar moléculas para desencadear uma resposta imunológica no corpo. Eles já desenvolveram nanoestruturas de DNA que poderiam funcionar como material de suporte e criaram complexos de vacinas sintéticas semelhantes a vírus naturais sem o componente da doença. Os complexos de vacina sintética foram então anexados a nanoestruturas de DNA em formato de pirâmide e estruturas semelhantes a ramos. Isso tem um grande potencial para o desenvolvimento de terapêuticas direcionadas. Cristais de DNA Os químicos da Universidade de Nova York criaram estruturas tridimensionais de DNA que têm uma gama de aplicações industriais e farmacêuticas potenciais, como a criação de componentes nanoeletrônicos e a organização de alvos de receptores de drogas para permitir a iluminação de suas estruturas 3D. Os pesquisadores criaram cristais de DNA por fazer sequências sintéticas de DNA que têm a capacidade de se automontar em uma série de motivos semelhantes a triângulos 3D. A criação dos cristais dependia da colocação de "extremidades pegajosas" - pequenas sequências coesas em cada extremidade do motivo - que se ligam a outras moléculas e as colocam em uma ordem e orientação definidas. A composição dessas pontas adesivas permite que os motivos se liguem uns aos outros de maneira programada. Usando a técnica de engenharia genética, várias hélices foram ligadas entre si por meio de estruturas semelhantes a uma rede de extremidades pegajosas de fita simples que se estendem em seis direções diferentes, produzindo assim um cristal 3D.