Engenharia genetica

Pesquisadores criaram uma técnica capaz de utilizar moléculas de DNA para construir estruturas tridimensionais feitas de nanopartículas de ouro.

Moléculas sintetizadas de DNA foram anexadas a minúsculas esferas de ouro. Com a técnica, ao mudar as seqüências de bases do DNA, os pesquisadores conseguiram construir estruturas cristalinas de formas diferentes. O método, resultado de uma década de pesquisas, foi descrito em artigo publicado na edição desta quinta-feira (31/1) da revista Nature.

De acordo com os autores, a técnica é um passo fundamental para o desenvolvimento de materiais funcionais que utilizem o princípio de automontagem programável. A abordagem deverá permitir o uso de materiais inorgânicos para construir estruturas com propriedades específicas para aplicações como terapias, biodiagnósticos, óptica, eletrônica ou catálise.

A maior parte das gemas, como diamantes, rubis e safiras, são materiais inorgânicos cristalinos. Em cada estrutura de cristal, os átomos têm uma disposição precisa que dá a cada material suas propriedades únicas. As conhecidas propriedades de dureza e refração do diamante, por exemplo, decorrem de sua estrutura: a localização precisa de seus átomos de carbono.

Os pesquisadores utilizaram o DNA para orientar a montagem do cristal. A mudança da seqüência de bases da fita de DNA muda o projeto e, conseqüentemente, o formato das estruturas cristalinas. Os dois cristais descritos no estudo, ambos feitos de ouro, têm propriedades distintas porque as partículas foram arranjadas de forma diferente.

“Agora estamos mais próximos do sonho de separar tudo em blocos construtivos fundamentais – que, para nós, são as nanopartículas – e reorganizá-los com a estrutura que quisermos para obter as propriedades necessárias para determinadas aplicações”, disse Chad Mirkin, um dos autores do estudo e diretor do Instituto Internacional de Nanotecnologia da Universidade Northwestern.

Os cientistas trabalharam com partículas de ouro de cerca de 15 nanômetros de diâmetro e anexaram a cada uma delas fitas duplas de DNA, sendo que uma fita era sempre mais longa que a outra.

A parte de fita simples do DNA, a maior, serviu, segundo os cientistas, como um “DNA de ligação”, que procura uma fita simples complementar anexada a outra nanopartícula de ouro. A conexão das duas fitas simples completa a dupla hélice, ligando fortemente as nanopartículas entre si.

Cada nanopartícula de ouro teve múltiplas fitas de DNA anexadas a sua superfície, levando as nanopartículas a fazer ligações em diversas direções, resultando em uma estrutura tridimensional: um cristal. Cada seqüência diferente de DNA de ligação resultou em um tipo diferente de estrutura cristalina.

“Nós observamos até mesmo um caso em que o mesmo DNA de ligação resulta em diferentes estruturas, dependendo da temperatura em que as partículas são misturadas”, disse Mirkin.

Utilizando raios X de alta energia produzidos por uma fonte de luz síncrotron no Laboratório Nacional Argonne, em associação com simulações computacionais, a equipe conseguiu imagens dos cristais para determinar a disposição exata das partículas na estrutura. Os cristais resultantes tinham cerca de 1 milhão de nanopartículas.

“Os cientistas levaram décadas para aprender como sintetizar o DNA. Agora, sabemos como utilizar a forma sintetizada fora do corpo para organizar matéria inorgânica de maneira útil, o que é realmente espetacular”, destacou Mirkin.

A equipe utilizou apenas um tipo de bloco elementar – as esferas de ouro –, mas, quando o método for mais desenvolvido, uma série de blocos de diferentes tamanhos poderá ser empregada, além de diferentes composições (ouro, prata e partículas fluorescentes, por exemplo) e diferentes formas (esferas, discos, cubos e triângulos).

O controle da distância entre as nanopartículas também é fundamental para as funções das estruturas. “Quando chegarmos a isso, poderemos construir o que bem entendermos. As regras que governam a automontagem agora são conhecidas. Determinar como combinar nanopartículas em estruturas interessantes é um dos grandes desafios nesse campo”, disse Mirkin.


Fontes:

DNA-programmable nanoparticle crystallization. Sung Yong Park et al. Nature 451, 553-556 (31 January 2008).

Agencia FAPESP