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A dupla hélice do DNA é composta por duas moléculas de DNA cujas sequências são complementares entre si. A estabilidade do duplex pode ser ajustada em laboratório, controlando a quantidade e a localização de sequências complementares imperfeitas. Marcadores fluorescentes ligados a uma das cadeias de DNA correspondentes tornam o duplex visível e a intensidade da fluorescência aumenta com o aumento da estabilidade do duplex. Agora, pesquisadores da Universidade de Viena conseguiram criar duplex fluorescentes que podem gerar 16 milhões de cores – um trabalho que ultrapassa a limitação anterior de 256 cores. Esta paleta muito grande pode ser usada para “pintar” com DNA e reproduzir com precisão qualquer imagem digital em uma superfície 2D em miniatura com profundidade de cor de 24 bits. Esta pesquisa foi publicada no Jornal da Sociedade Química Americana.
A capacidade única das sequências complementares de DNA de reconhecer e montar como duplexes é o mecanismo bioquímico de como os genes são lidos e copiados. As regras de formação duplex (também chamada de hibridização) são simples e invariáveis, tornando-as também previsíveis e programáveis. A programação da hibridização de DNA permite a montagem de genes sintéticos e a construção de nanoestruturas em grande escala. Este processo sempre depende de uma complementaridade de sequência perfeita. A instabilidade de programação expande enormemente nossa capacidade de manipular a estrutura molecular e tem aplicações no campo da terapêutica de DNA e RNA. Neste novo estudo, investigadores do Instituto de Química Inorgânica da Universidade de Viena mostraram que a hibridização controlada pode resultar na criação de 16 milhões de cores e pode reproduzir com precisão qualquer imagem digital em formato de ADN.
Uma tela do tamanho de uma unha
Para criar cor, diferentes pequenas cadeias de ADN ligadas a moléculas fluorescentes (marcadores) que podem emitir a cor vermelha, verde ou azul são hibridizadas com uma longa cadeia de ADN complementar na superfície. Para variar a intensidade de cada cor, a estabilidade do duplex é reduzida removendo cuidadosamente as bases da cadeia de DNA em posições pré-definidas ao longo da sequência. Com menor estabilidade, surge um tom de cor mais escuro, e o ajuste fino dessa estabilidade resulta na criação de 256 tons para todos os canais de cores. Todas as tonalidades podem ser misturadas e combinadas em um único duplex de DNA, gerando assim 16 milhões de combinações e combinando a complexidade de cores das imagens digitais modernas. Para atingir este nível de precisão na conversão de DNA em cor, mais de 45.000 sequências únicas de DNA tiveram que ser sintetizadas.
Para fazer isso, a equipe de pesquisa usou um método de síntese paralela de DNA chamado de síntese de array sem máscara (MAS). Com o MAS, centenas de milhares de sequências únicas de DNA podem ser sintetizadas ao mesmo tempo e na mesma superfície, um retângulo em miniatura do tamanho de uma unha. Como a abordagem permite ao experimentador controlar a localização de qualquer sequência de DNA naquela superfície, a cor correspondente também pode ser atribuída seletivamente a um local escolhido. Ao automatizar o processo usando scripts de computador dedicados, os autores conseguiram transformar qualquer imagem digital em uma fotocópia de DNA com reprodução de cores precisa. “Essencialmente, nossa superfície de síntese se torna uma tela para pintura com moléculas de DNA em escala micrométrica”, diz Jory Lietard, PI do Instituto de Química Inorgânica.
A resolução está atualmente limitada a XGA, mas o processo de reprodução é aplicável a 1080p, bem como à resolução de imagem potencialmente 4K. “Além da imagem, um código de cores de DNA pode ter aplicações muito úteis no armazenamento de dados de DNA”, diz Tadija Keki?, doutoranda no grupo de Jory Lietard. Tal como evidenciado pelo Prémio Nobel de 2023 atribuído ao desenvolvimento dos pontos quânticos, a química da cor tem um futuro brilhante pela frente.
Este trabalho foi apoiado financeiramente pelo Fundo Austríaco para a Ciência (projetos FWF I4923, P34284, P36203 e TAI687).
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