Fabricação de peças com DNA automatizada com software livre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/12/2022

Cada peça não é muito maior do que um vírus, mas é totalmente estável.
[Imagem: Daniel Fu et al. - 10.1126/sciadv.ade4455]

Fabricação molecular

É fácil imaginar que você está olhando para as páginas de um catálogo com as menores peças de cerâmica do mundo.

De fato, são vasos minúsculos, tigelas, peças ocas, umas escondidas dentro das outras, como uma boneca russa, e muito mais - mais de 50.000 deles caberiam na cabeça de um alfinete.

O detalhe é que não são peças de cerâmica, e nem feitas de argila, mas de DNA.

E o método de produção também é uma novidade: Em lugar de alguma técnica de miniaturização da impressão 3D, o "instrumento" central para a fabricação dessas peças microscópicas é um programa de computador.

Esses objetos são construídos com moléculas de DNA semelhantes a fios, que são dobrados e curvados em objetos tridimensionais complexos, com precisão nanométrica, graças a um novo programa de código aberto criado por Daniel Fu e colegas das universidades do Arizona e Duke, nos EUA.

Detalhe do sistema de encaixe das moléculas de DNA.
[Imagem: Daniel Fu et al. - 10.1126/sciadv.ade4455]

Fabricação de peças com DNA

Apesar de representarem o código da vida, carreando as informações genéticas de todos os seres vivos, as moléculas de DNA se tornaram uma ferramenta essencial da nanotecnologia graças à sua capacidade de se encaixar de forma seletiva, seguindo a programação em seus pares de bases. E elas se juntam sozinhas, em um processo conhecido como automontagem.

Existem quatro letras ou bases, no código genético do DNA, que se combinam de maneira previsível em nossas células para formar os degraus da escada do DNA. São essas propriedades estritas de pareamento das bases do DNA - A com T e C com G - que os pesquisadores usam em seus projetos. Ao projetar cadeias de DNA com sequências específicas, eles podem programar as cadeias para se juntarem em diferentes formas.

O método envolve dobrar um ou alguns pedaços longos de DNA de fita simples, com milhares de bases de comprimento, com a ajuda de algumas centenas de fitas curtas de DNA, que se ligam a sequências complementares nas fitas longas e as grampeiam no lugar.

Com as peças assim contadas nas casas de "centenas" e "milhares", é fácil ver que programar as sequências para montar uma única peça de DNA pode ser uma tarefa tediosa e demorada.

Para acelerar tudo, Fu desenvolveu um programa de computador que ele batizou de DNAxiS, que automatizou uma técnica de construção com DNA que envolve enrolar uma longa hélice dupla de DNA em anéis concêntricos, que se empilham para formar os contornos do objeto, assim como usar tiras enroladas de argila para fazer um pote.

Vários anéis podem ser remontados, para aumentar a espessura ou a estabilidade de cada peça.
[Imagem: Daniel Fu et al. - 10.1126/sciadv.ade4455]

Usos práticos

Esta é a primeira ferramenta de software que permite aos usuários projetar as formas automaticamente, usando algoritmos para determinar onde colocar os grampos de DNA curtos para unir os anéis de DNA mais longos e manter a forma estável - para tornar as estruturas mais fortes, é possível reforçá-las com camadas adicionais.

Se o usuário insere uma forma de cogumelo, por exemplo, o programa cospe uma lista de filamentos de DNA que se automontariam na configuração correta. Depois que os filamentos são sintetizados e misturados em um tubo de ensaio, o resto se resolve por si mesmo, deixando a peça pronta em "apenas" 12 horas.

Embora isso seja mais rápido do que qualquer coisa já feita em termos de origami de DNA, é claro que o uso prático da técnica, ao menos para a construção de peças, ainda está distante no futuro. Mas a equipe já vislumbra aplicações, incluindo recipientes minúsculos para entregar medicamentos dentro do corpo, ou moldes para moldar nanopartículas metálicas com formas específicas, para células solares, imagens médicas e outras aplicações.

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