Origami de DNA e sondas fluorescentes podem liberar carga molecular com precisão

No mundo da nanotecnologia, o desenvolvimento de sistemas dinâmicos que respondem a sinais moleculares está se tornando cada vez mais importante. A técnica de origami de DNA, pela qual o DNA é programado para produzir nanoestruturas funcionais, desempenha um papel fundamental nesses esforços.

Equipes lideradas pelo químico da LMU Philip Tinnefeld publicaram dois estudos mostrando como origami de DNA e sondas fluorescentes podem ser usadas para liberar carga molecular de maneira direcionada.

No diário Edição Internacional de Química Aplicadaos pesquisadores relatam seu desenvolvimento de um novo sensor baseado em origami de DNA que pode detectar vesículas lipídicas e entregar carga molecular a elas com precisão. O sensor funciona usando Transferência de Energia de Ressonância de Fluorescência de molécula única (smFRET), que envolve medir a distância entre duas moléculas fluorescentes.

O sistema consiste em uma estrutura de origami de DNA, da qual um DNA de fita simples se projeta, que foi marcado com corante fluorescente em sua ponta. Se o DNA entrar em contato com vesículas, sua conformação muda. Isso altera o sinal fluorescente, porque a distância entre o marcador fluorescente e uma segunda molécula fluorescente na estrutura de origami muda. Este método permite que vesículas sejam detectadas.

O sensor é transferido com precisão

Em um segundo passo, o sistema pode ser usado como um meio de transportar moléculas, com o fio sensor servindo como carga molecular que pode ser transferida para a vesícula. Por meio de uma modificação adicional do sistema, os pesquisadores também foram capazes de controlar precisamente a transferência da carga.

As vesículas lipídicas desempenham um papel fundamental em muitos processos celulares, como transporte molecular e transmissão de sinais. Como tal, a capacidade de detectá-las e manipulá-las é particularmente interessante para aplicações biotecnológicas, como o desenvolvimento de terapias direcionadas.

A abordagem apresentada aqui pode mostrar uma maneira de carregar nanopartículas lipídicas com um número precisamente definido de moléculas em aplicações como vacinas. “Nosso sistema também oferece abordagens promissoras para pesquisa biológica quando se trata de melhor compreensão e controle de processos celulares no nível molecular”, diz Tinnefeld.

Mudanças conformacionais controláveis

No segundo estudo, que foi publicado recentemente em Comunicações da Naturezauma segunda equipe liderada por Tinnefeld e Yonggang Ke (Universidade Emory, Atlanta, Geórgia) apresenta uma estrutura de origami de DNA que sofre uma mudança conformacional alostérica gradual quando certas fitas de DNA se ligam.

Usando sondas FRET, os pesquisadores conseguiram rastrear esse processo no nível molecular e mostrar como as etapas da reação podem ser controladas temporalmente. Além disso, eles demonstram como uma carga de DNA pode ser liberada de forma direcionada durante esse processo, abrindo novas oportunidades para cascatas de reações controladas.