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 Biomimanãtica do Instituto de Biodesign ASU acaba de anunciar a criação de um novo tipo de estruturas de meta-DNA que abrira¡ os campos da optoeletra´nica (incluindo armazenamento e criptografia de informações), bem como da biologia sintanãtica.

Esta pesquisa foi publicada hoje na Nature Chemistry - de fato, o conceito de automontagem de meta-DNA pode transformar totalmente o mundo microsca³pico da nanotecnologia de DNA estrutural.

a‰ do conhecimento comum que a natureza previsível do emparelhamento de bases Watson-Crick e as caracteri­sticas estruturais do DNA permitiram que o DNA fosse usado como um bloco de construção versa¡til 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) édobrado 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 (ma­cron a mila­metro) que atérecentemente limitavam o uso de origami de DNA." As novas estruturas de tamanho ma­cron são da ordem da largura de um cabelo humano, que é1000 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 tem trabalhado incansavelmente, capitalizando a inspiração da natureza, buscando resolver problemas humanos complexos.

"Nesta pesquisa, desenvolvemos uma estratanãgia versa¡til de" meta-DNA "(M-DNA) que permitiu que várias estruturas de DNA de tamanho submicromanãtrico a micromanãtricas se automontassem de maneira semelhante a  forma como fitas curtas simples de DNA se auto-montam nonívelde nanoescala ", disse Yan.

O grupo demonstrou que uma nanoestrutura de origami de DNA de feixe de 6 hanãlices na escala submicromanãtrica (meta-DNA) poderia ser usada como um ana¡logo ampliado de DNA de fita simples (ssDNA), e que dois meta-DNAs contendo "meta- pares de bases "podem formar hanãlices duplas com a destreza programada e passos helicoidais.

Usando blocos de construção de meta-DNA, eles construa­ram uma sanãrie de arquiteturas de DNA em escala de sub-micra´metro a micra´metro, incluindo junções de meta-maºltiplos braa§os, poliedros 3-D e várias redes 2-D / 3-D. 

Usando blocos de construção de meta-DNA, eles construa­ram uma sanãrie de arquiteturas de DNA em escala de sub-micra´metro a micra´metro, incluindo junções de meta-maºltiplos braa§os, poliedros 3-D e várias redes 2-D / 3-D. Eles também demonstraram uma reação de deslocamento de fita hiera¡rquica no meta-DNA para transferir as caracteri­sticas dina¢micas 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 sanãrie de estruturas de DNA submicromanãtricas ou em escala micromanãtrica de 1D a 3-D com uma ampla variedade de formas geomanãtricas, 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 podera£o ser projetados de forma racional usando M-DNA e usados ​​em aplicações relacionadas a biossensorio e computação molecular. Essa pesquisa tornara¡ a criação de estruturas dina¢micas de DNA em escala ma­cron, que são reconfigura¡veis ​​após estimulação, significativamente mais via¡vel.

Os autores antecipam que a introdução desta estratanãgia M-DNA transformara¡ a nanotecnologia de DNA da escala nanomanãtrica para a microsca³pica. Isso criara¡ uma gama de estruturas esta¡ticas e dina¢micas complexas em escala submicromanãtrica e ma­cron que possibilitara¡ 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 hiera¡rquica baseadas em M-DNA.