DNA metálico: código genético molda síntese de nanopartículas

O DNA dirige o crescimento das nanopartículas metálicas de forma similar ao que ele faz com a síntese de proteínas, com diferentes letras do alfabeto genético resultando em diferentes formatos das partículas. [Imagem: Zidong Wang/Yi Lu]

Genética inorgânica

O DNA contém o código genético para todos os tipos de moléculas biológicas. Agora, pesquisadores descobriram que o código contido nas moléculas de DNA também pode controlar a forma final de nanoestruturas inteiramente metálicas. Os segmentos de DNA foram usados para dirigir o processo de formação de nanopartículas de ouro, dando-lhes os mais diversos formatos. As propriedades físico-químicas das nanopartículas são largamente determinadas pelo seu formato e pelo seu tamanho. Assim, produzir nanopartículas com formatos e tamanhos precisos é essencial para suas aplicações práticas. As nanopartículas de ouro são largamente usadas nas pesquisas em medicina, para levar medicamentos diretamente a partes específicas do corpo, assim como em biologia e na composição de novos materiais.

DNA metálico

O alfabeto do DNA contém quatro letras A, T, G e C, as iniciais de adenina, timina, guanina e citosina. As "palavras" são formadas segundo uma regra simples: A sempre se liga a T e C sempre se liga a G.

Mas, no caso dessa "genética metálica", as quatro bases e suas combinações podem se ligar de formas diferentes às faces das "sementes" de ouro - os aglomerados iniciais que darão origem às nanopartículas.

A equipe criou um roteiro básico que mostra o papel de cada base na geração de cada formato. [Imagem: Wang et al./Angewandte]

Ao se ligar aos aglomerados iniciais de ouro, as moléculas de DNA dirigem o crescimento dessas sementes, fazendo com que elas resultem em formatos diferentes.

Os experimentos mostraram que as fitas de DNA com sequências de "A" produzem nanopartículas redondas e rugosas. As sequências de "T" formam estrelas. As sequências de "C" geram discos planos. E, finalmente, as sequências de "G" formam hexágonos.

Genética de metais

O objetivo dos pesquisadores é mais amplo: estabelecer diferentes sequências de DNA que venham a constituir "códigos genéticos" para sintetizar partículas metálicas, de forma similar à que o DNA desempenha na síntese das proteínas.

Neste estudo inicial, o grupo testou o uso de fitas de DNA com combinações de duas bases - por exemplo, 10 "T" e 20 "A".

A regra geral é que as bases competem entre si, produzindo formatos intermediários, embora o "A" tenha dominância sobre o "T".

"A síntese de nanopartículas codificada por DNA nos dá uma forma nova e simples para produzir nanopartículas com formatos e propriedades previsíveis," disse Yi Lu, da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos.

"Essa descoberta terá impactos na bionanotecnologia e aplicações importantes em nossa vida diária, como na catálise, nos sensores, no imageamento e na medicina," completou o pesquisador.

Laser vivo: célula humana emite raios laser

Cientistas criaram um laser vivo, dando a uma célula humana a capacidade para emitir luz laser.

Embora encontrando cada vez mais usos na área da saúde, a emissão dos raios laser sempre esteve associada com materiais inertes, como cristais, espelhos e lentes.

Agora, pela primeira vez, cientistas demonstraram que um organismo biológico é capaz de emitir laser.

Laser vivo

Malte Gather e Seok Hyun Yun, trabalhando juntos no Hospital Geral de Massachusetts, nos Estados Unidos, modificaram geneticamente uma célula para que ela expressasse a proteína florescente verde, a chamada GFP (Green Fluorescent Protein).

A luz emitida por essa proteína é não-coerente - como a luz de uma lâmpada. Mas os cientistas transformaram-na na base para a geração da luz laser a partir da célula onde ela está implantada.

O isolamento da GFP valeu o Nobel de Química de 2008 aos cientistas que trabalharam para que ela se tornasse um instrumento incomparável nas pesquisas biológicas e médicas e uma das principais ferramentas da engenharia genética.

O laser celular foi montado colocando uma única célula em uma microcavidade composta por dois espelhos altamente reflexivos, espaçados por 20 milionésimos de metro. [Imagem: Gather/Yun]

Laser biológico

Os dois pesquisadores montaram um dispositivo composto de um cilindro de 2,5 centímetros de comprimento, com espelhos em cada uma das extremidades, preenchido com uma solução de GFP em água.

Depois de confirmarem de que a solução de GFP é capaz de amplificar uma energia de entrada - um outro laser de luz azul - para produzir seus próprios pulsos de luz laser, os pesquisadores estimaram a concentração de GFP necessária para produzir o efeito laser.

O passo seguinte foi desenvolver uma linhagem de células humanas expressando a GFP nos níveis necessários - os cientistas usaram células embrionárias do rim humano.

O laser celular foi montado colocando uma única célula expressando a GFP - com um diâmetro entre 15 e 20 milionésimos de metro - em uma microcavidade composta por dois espelhos altamente reflexivos, espaçados por 20 milionésimos de metro.

Uma descoberta inesperada foi que o próprio formato circular da célula funcionou como uma lente, focalizando a luz e induzindo a emissão de luz laser em níveis de energia mais baixos do que aqueles do dispositivo inicial baseado na solução de GFP.

Curiosidade de cientista

"Desde que foram desenvolvidos cerca de 50 anos atrás, os lasers têm sido construídos com materiais tais como cristais, corantes e gases purificados como meio de ganho óptico, dentro dos quais pulsos de fótons são amplificados enquanto refletem-se continuamente entre dois espelhos", comenta Yun. "O nosso trabalho é o primeiro relato de um laser biológico baseado em uma única célula viva."

Para seu colega Malte Gather, o grande motivador da pesquisa foi a curiosidade científica de saber se o laser era algo absolutamente artificial ou se essa emissão coerente de luz poderia ser feita no interior de organismos vivos.

A GFP - que é uma proteína encontrada originalmente em algumas espécies de medusa - mostrou-se interessante para a pesquisa porque ela pode ser induzida a emitir luz sem que seja necessário usar enzimas adicionais.

Uma descoberta inesperada foi que o próprio formato circular da célula funcionou como uma lente, diminuindo o nível de energia necessário para emissão do laser. [Imagem: Gather/Yun]

Terapias fotodinâmicas

As células usadas no laser biológico sobreviveram ao processo de produção da luz laser, chegando a produzir centenas de pulsos.

"Embora os pulsos individuais de laser durem apenas alguns nanossegundos, eles são brilhantes o suficiente para serem facilmente detectados, com informações úteis que podem representar formas totalmente novas de analisar as propriedades de um grande número de células de forma quase instantânea", afirma Yun.

A possibilidade de gerar laser a partir de uma fonte totalmente biológica poderá dar um novo impulso às promissoras terapias fotodinâmicas - uma das mais eficientes, por exemplo, para a eliminação do câncer de pele.

Comunicação óptica celular

"Um dos nossos objetivos a longo prazo será encontrar formas de levar as comunicações ópticas e a computação, feitas atualmente com dispositivos eletrônicos inertes, para a esfera da biotecnologia," acrescenta Gather.

Isto poderá ser particularmente útil para a criação de interfaces entre a eletrônica e os organismos biológicos, o que inclui as proteses inteligentes, as interfaces neurais e os exoesqueleto.

O próximo passo da pesquisa será tentar implantar os espelhos dentro da própria célula, criando um laser biológico autocontido e totalmente portável.