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Uma nova reviravolta no origami de DNA: estruturas de meta-DNA transformam o mundo da nanotecnologia de DNA
Usando blocos de construção de meta-DNA, eles construíram uma série de arquiteturas de DNA em escala de sub-micrômetro a micrômetro, incluindo junções de meta-múltiplos braços, poliedros 3-D e várias redes 2-D / 3-D.
Por Arizona State University - 08/09/2020


Modelos e imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) de vários poliedros 3D que foram construídos conectando o M-DNA triangular auto-ligado e o M-DNA retangular. Da esquerda para a direita: um tetraedro, bipirâmide triangular, octaedro, bipirâmide pentagonal, prisma triangular, prisma retangular, prismas pentagonal e hexagonal. Crédito: Hao Yan

Uma equipe de cientistas da ASU e da Shanghai Jiao Tong University (SJTU) liderada por Hao Yan, Professor Milton Glick da ASU na Escola de Ciências Moleculares e diretor do Centro de Design Molecular e Biomimética do Instituto de Biodesign ASU acaba de anunciar a criação de um novo tipo de estruturas de meta-DNA que abrirá os campos da optoeletrônica (incluindo armazenamento e criptografia de informações), bem como da biologia sintética.

Esta pesquisa foi publicada hoje na Nature Chemistry - de fato, o conceito de automontagem de meta-DNA pode transformar totalmente o mundo microscópico da nanotecnologia de DNA estrutural.

É do conhecimento comum que a natureza previsível do emparelhamento de bases Watson-Crick e as características estruturais do DNA permitiram que o DNA fosse usado como um bloco de construção versátil para criar estruturas e dispositivos sofisticados em nanoescala .

"Um marco na tecnologia de DNA foi certamente a invenção do origami de DNA, onde um DNA de fita única longa (ssDNA) é dobrado em formas designadas com a ajuda de centenas de fitas curtas de DNA", explicou Yan. "No entanto, tem sido um desafio montar arquiteturas de DNA maiores (mícron a milímetro) que até recentemente limitavam o uso de origami de DNA." As novas estruturas de tamanho mícron são da ordem da largura de um cabelo humano, que é 1000 vezes maior do que as nanoestruturas de DNA originais.

Desde que estamparam a capa da Science Magazine em 2011 com suas elegantes nanoestruturas de origami de DNA, Yan e colaboradores têm trabalhado incansavelmente, capitalizando a inspiração da natureza, buscando resolver problemas humanos complexos.

"Nesta pesquisa, desenvolvemos uma estratégia versátil de" meta-DNA "(M-DNA) que permitiu que várias estruturas de DNA de tamanho submicrométrico a micrométricas se automontassem de maneira semelhante à forma como fitas curtas simples de DNA se auto-montam no nível de nanoescala ", disse Yan.

O grupo demonstrou que uma nanoestrutura de origami de DNA de feixe de 6 hélices na escala submicrométrica (meta-DNA) poderia ser usada como um análogo ampliado de DNA de fita simples (ssDNA), e que dois meta-DNAs contendo "meta- pares de bases "podem formar hélices duplas com a destreza programada e passos helicoidais.
Usando blocos de construção de meta-DNA, eles construíram uma série de arquiteturas de DNA em escala de sub-micrômetro a micrômetro, incluindo junções de meta-múltiplos braços, poliedros 3-D e várias redes 2-D / 3-D. 

Usando blocos de construção de meta-DNA, eles construíram uma série de arquiteturas de DNA em escala de sub-micrômetro a micrômetro, incluindo junções de meta-múltiplos braços, poliedros 3-D e várias redes 2-D / 3-D. Eles também demonstraram uma reação de deslocamento de fita hierárquica no meta-DNA para transferir as características dinâmicas do DNA para o meta-DNA.

Com a ajuda do professor assistente Petr Sulc (SMS), eles usaram um modelo computacional de granulação grossa do DNA para simular a estrutura de M-DNA de fita dupla e para entender os diferentes rendimentos de estruturas destras e canhotas que foram obtidas .

Além disso, apenas alterando a flexibilidade local do M-DNA individual e suas interações, eles foram capazes de construir uma série de estruturas de DNA submicrométricas ou em escala micrométrica de 1D a 3-D com uma ampla variedade de formas geométricas, incluindo meta-junções, telhas meta-double crossover (M-DX), tetraedros, octaedros, prismas e seis tipos de redes estreitamente compactadas.

No futuro, circuitos, motores moleculares e nanodispositivos mais complicados poderão ser projetados de forma racional usando M-DNA e usados ​​em aplicações relacionadas a biossensorio e computação molecular. Essa pesquisa tornará a criação de estruturas dinâmicas de DNA em escala mícron, que são reconfiguráveis ​​após estimulação, significativamente mais viável.

Os autores antecipam que a introdução desta estratégia M-DNA transformará a nanotecnologia de DNA da escala nanométrica para a microscópica. Isso criará uma gama de estruturas estáticas e dinâmicas complexas em escala submicrométrica e mícron que possibilitará muitas novas aplicações.

Por exemplo, essas estruturas podem ser usadas como um andaime para padronizar componentes funcionais complexos que são maiores e mais complexos do que se pensava ser possível. Esta descoberta também pode levar a comportamentos mais sofisticados e complexos que imitam células ou componentes celulares com uma combinação de diferentes reações de deslocamento de fita hierárquica baseadas em M-DNA.

 

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