2008-10-07

Subject: Nanotecnologia chega à vida

 

Nanotecnologia chega à vida

 

 

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DNANanoestruturas moleculares, os elementos arquitecturais básicos da nanotecnologia, foram replicados em células bacterianas.

A investigação demonstra que a maquina celular natural pode ser requisitada para produzir em massa estruturas e dispositivos complexos para a engenharia à escala molecular.

Em conjunto com os seus colegas, Nadrian Seeman da Universidade de Nova Iorque e Hao Yan da Universidade Estatal do Arizona em Tempe, consideram que o seu método pode levar à fusão da nanotecnologia e da selecção natural darwiniana, em que esses dispositivos moleculares podem ser criados e melhorados por algum tipo de pressão evolutiva artificial.

A técnica, relatada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, depende do facto de as nanoestruturas em questão serem formadas por DNA, o material genético das células vivas.

"Isto é muito interessante", diz Chengde Mao, nanotécnico de DNA na Universidade Purdue em West Lafayette, Indiana. "Estamos sempre preocupados com o custo de produzir estas estruturas mas com um método destes pode-se produzir em massa."

Em anos recentes, o DNA surgiu como o material de construção ideal para a nanotecnologia pois pode ser modificado e 'programado' para se montar a si próprio em estruturas complicadas, como as gaiolas geométricas as redes ordenadas.

Há muito que é utilizado para fabricar 'máquinas' com partes que se movem por controlo externo. Estes dispositivos e estruturas dependem da capacidade do DNA para se dobrar e ligar em formas precisas de acordo com as regras do emparelhamento de bases, que garante a união dos filamentos de DNA na dupla hélice deste material genético.

O princípio de emparelhamento significa que a arquitectura da nanoestrutura de DNA pode ser predefinida na sequência dos seus nucleótidos em apenas uma das cadeias. Estes componentes emparelham, de seguida, com a cadeia complementar de forma previsível.

A abordagem foi utilizada para criar 'telhas' de DNA que se juntam de uma forma que permite procedimentos computacionais, uma espécie de nanocomputador mecânico, e mesmo criar mapas do mundo que medem apenas alguns nanómetros de diâmetro.

Mas fabricar estas nanoestruturas de DNA é geralmente lento e trabalhoso. Os investigadores compreenderam que, dado que as células contém a maquinaria molecular para replicar o DNA genómico com precisamente a mesma sequência, talvez pudessem ser persuadidas a fabricar o DNA artificial.

Na prática, isto seria um tipo de clonagem de material genético, uma técnica que já está vulgarizada na biotecnologia, mas faze-la funcionar para sequências artificiais e arbitrárias de DNA que não têm nada a ver com a genética vulgar é complicado.

 

Gerald Joyce, do Scripps Research Institute de La Jolla, Califórnia, já tinha conseguido clonar um filamento de DNA que formava uma gaiola octaédrica inserindo-o numa bactéria mas esta nanoestrutura exigia outros cinco filamentos de DNA para manter a forma, que não podiam ser clonados ao mesmo tempo.

Seeman e Yan também desenvolveram métodos de replicação de DNA que podem ser operados em tubo de ensaio, usando a maquinaria enzimática extraída das células mas suspeitaram que o processo funcionaria muito mais eficientemente em células vivas, que conseguem replicar exponencialmente.

Para o conseguir, construíram filamentos de DNA que se dobravam em duas nanoestruturas complexas, uma forma de crucifixo e uma estrutura complicada com duas cadeias entrecruzadas chamada molécula PX, e inseriram-nas em filamentos duplos circulares de DNA chamados fagemídeos. De seguida inseriram-nos no interior da bactéria intestinal Escherichia coli.

O fagemídeo actua como um vírus a infectar uma bactéria, podendo propagar-se a outras células cultivadas no meio com a assistência de um bacteriófago chamado M13KO7. Assim, à medida que as bactérias crescem, acabam cheias de cópias do fagemídeo, incluindo o segmento de DNA que produz as nanoestruturas.

Seguidamente, os investigadores rebentam as células e usam enzimas para cortar o DNA bruto do fagemídeo, após o que este se dobra na forma das nanoestruturas desejadas.

Apenas uma quantidade mínima de DNA inicial é necessário para desencadear o processo, que pode ser amplificado quase indefinidamente. As células bacterianas podem ser armazenadas, como fábricas miniatura prontas a entrar em acção quando necessário.

Ainda que possa ser possível usar a selecção darwiniana para modificar e afinar as nanoestruturas de DNA, os investigadores precisariam de encontrar uma forma de dar uma vantagem reprodutiva a essas células que as produzissem. Mao sugere que poder-se-ia conceber nanoestruturas com propriedades catalíticas que promovam o crescimento ou a replicação das células hospedeiras.

"Até agora não falámos muito acerca das funções destas estruturas de DNA", diz Mao. "Mas se podermos cloná-las, torna-se possível usar a evolução para lidar com a questão." 

 

 

Saber mais:

Nadrian Seeman

Hao Yan

 

 

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