Um pesquisador do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA) usou filamentos de DNA para criar complexas nanoestruturas 2D. A técnica de armação de andaimes formando origâmis de DNA poderá ter aplicações no campo da biologia molecular para dispositivos semicondutores.

Desenho esquemático mostrando as dobras do DNA necessárias para criar a nanoestrutura da "face sorridente".

Créditos : Nick Papadakis.

"A construção de origâmis de DNA sob encomenda é tão simples, que o método poderia tornar muito mais fácil para cientistas de diferentes campos criar e estudar nanoestruturas complexas", disse Paul Rothemund, do Caltech. "Um físico, por exemplo, pode associar um ponto quântico (quantum-dot) semicondutor de tamanho nanométrico num padrão que pode criar um computador quântico. Um biólogo pode usar origâmi de DNA para ligar proteínas, as quais normalmente ocorrem separadas na natureza, e organizá-los em uma fábrica multienzimas que permitiria a obtenção de produtos químicos de uma "máquina enzimática" para a próxima, a exemplo de uma linha de montagem.

Rothemund transformou filamentos de DNA em estruturas quadradas, faces sorridentes, estrelas, retângulos triângulos vazados, cada um com aproximadamente 100 nm. Baseou cada forma em um filamento individual de DNA com cerca de 7000 nucleotídeos (Um nucleotídeo é a unidade estrutural que aproxima o DNA e algumas outras moléculas biológicas). O assim chamado "filamento andaime" foi dobrado no formato desejado e mantido junto por um pequeno "filamento grampo" de DNA.

"Em meu trabalho, bilhões de nanoestruturas de DNA foram produzidas em paralelo, rapidamente e sob condições brandas", disse Rothemund. "Os filamentos de componentes de DNA são misturados em uma pequena porção de água com sal, aquecida até próximo da ebulição, que é deixada esfriar por cerca de uma hora e meia".

A incorporação de hélices de DNA permitiu a criação de padrões de pixel (ponto luminoso que, em conjunto com outros, forma uma figura) no topo das nanoestruturas, com um diâmetro de pixel de 6 nm. Assim, Rothemund criou um mapa do hemisfério ocidental e escreveu DNA com letras de 30 nanômetros de altura. Ele também uniu as nanoestruturas do origâmi, fazendo hexágonos, por exemplo, pela junção de triângulos de origâmi.

Imagem de microscópio de força atômica de uma nanoestrutura, batizada "face sorridente", criada com filamentos de DNA. Foi usada a técnica de " origâmi de andaimes de DNA".

Créditos: Paul Rothemund.

De acordo com Rothemund, a verdadeira chave para a aproximação é que pelo design nenhuma das seqüências curtas se ligue uma a outra. "Cada filamento curto de DNA é projetado para se ligar somente ao andaime longo", disse ele. "Graças a isso, o andaime longo se torna o ingrediente mágico - contando que seja puro e não fragmentado-, as estruturas podem ser formadas e as razões relativas do restante dos filamentos de DNA não importam".

Como resultado, pesquisadores podem simplesmente colocar todos os ingredientes juntos, sem ter que executar cada passo da construção individualmente, como fazem outras técnicas de nanotecnologia de DNA. Também não é necessário medir precisamente as proporções de diferentes tipos de DNA.

"Outra virtude de meus experimentos é que uso o mesmo filamento individual longo repetidas vezes (a seqüência natural do vírus) e mudo exatamente os cerca de 200 "filamentos grampo" curtos, disse Rothemund. "Isto significa que não tenho que fazer, como é costume, uma longa síntese toda vez que preciso fazer uma nova estrutura".

As estruturas são atualmente limitadas em cerca de 100 nm pelo tamanho do filamento original individual de DNA disponível. "Sintetizar e purificar os filamentos individuais é certamente possível: agora mesmo, as pessoas manipulam costumeiramente filamentos duplos de DNA", afirmou Rothemund. "Se pudéssemos usar filamentos individuais com milhões de bases de comprimento, então poderíamos criar um origâmi DNA (estrutura) com um mícron de lado, com cerca de 20.000 pixels. Isso parece viável e poderá ser feito nos próximos anos".

Mapa das Américas, criado pela formação de padrão de pixel com DNA, em uma nanoestrutura retangular de DNA. Escala do mapa: 1:2 x 1014.

Crédito: Paul Rothemund.

Além do mais, o método do origâmi poderá ser estendido continuamente para criar estruturas tridimensionais (3D).

"Esse trabalho faz uma espécie de nanotecnologia do DNA, fácil e barata para todos – desloca a nanotecnologia do DNA um passo adiante na pesquisa e também na engenharia de aplicação", disse Rothemund.

Nature, march 16, 2006 (Tradução - MIA).

Nota do Managing Editor: o trabalho, de autoria de P. W. Rothemund, de título "Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns", foi publicado na revista Nature, volume 440, páginas 297-302, em 16 de março de 2006.

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