A ligação covalente é um fenômeno amplamente compreendido que se une aos átomos de uma molécula por um par de elétrons compartilhados. Mas na natureza, os padrões de moléculas também podem ser conectados através de forças mais fracas e dinâmicas que dão origem a redes supramoleculares. Estes podem se auto-montar de um cluster molecular inicial, ou cristal, e crescer em arquiteturas grandes e estáveis.
Redes supramoleculares são essenciais para manter a estrutura e a função dos sistemas biológicos. Por exemplo, para “comer”, as células dependem de redes supramoleculares hexagonais que se auto-montam das unidades da proteína clatrina de três braços. As redes de clatrina formam bolhas em torno dos nutrientes para trazê -los para a célula. Da mesma forma, uma proteína chamada Trim5a forma uma rede hexagonal que se forma em torno dos vírus do HIV, ajudando a interromper sua replicação.
“Essa estrutura de rede hexagonal é onipresente de natureza – você pode até vê -la na macroescala em colméias, por exemplo”, explica Maartje Bastings, chefe do laboratório de biomateriais programáveis (PBL) na Escola de Engenharia da EPFL.
Para seu último estudo publicado em Química da naturezaos pesquisadores do PBL e o laboratório de bio e nano-instrumentação (LBNI), liderados por Georg Fantner, usaram fios de DNA de nanoengenharia em uma forma de três pontos para isolar e examinar os diferentes fatores que controlam a formação de rede supramolecular cristalina. No processo, eles descobriram um “parâmetro definidor” ainda mais importante que a força ou número de união química.
‘A flexibilidade da interface sempre vencerá’
Como o DNA humano, a composição das moléculas de DNA estrela de três pontos variou por suas sequências de nucleotídeos, o que afetou sua força de interação (afinidade) com moléculas vizinhas. Mas para este estudo, os pesquisadores introduziram uma variável adicional: através de mudanças diferenciadas nos comprimentos dos fios que compõem cada um dos três braços dos monômeros, eles foram capazes de modular a flexibilidade native e world dos braços.
Utilizando microscopia de força atômica de alta velocidade, a equipe observou que as estrelas de DNA com armas mais curtas e rígidas organizadas em redes hexagonais estáveis, enquanto aqueles com braços mais longos e flexíveis não conseguiram formar redes grandes. As simulações revelaram que os braços curtos tinham quase quatro vezes mais possibilities de serem organizados em forma paralela, mais propícios à conexão com outras moléculas, enquanto os braços mais longos tendiam a se separar muito para criar conexões estáveis. Os pesquisadores denominaram essa flexibilidade da interface de variação.
“A interface onde duas moléculas se reúnem deve ser rígida; se for flexível, há uma likelihood menor de que as moléculas permaneçam conectadas. “Bastings diz.
Curiosamente, os pesquisadores também mostraram que a flexibilidade da interface pode ser ajustada: em moléculas flexíveis, eles foram capazes de restaurar a rigidez native na interface de ligação o suficiente para apoiar o crescimento da rede, mantendo o tamanho geral geral das moléculas. “Isso significa que mesmo monômeros globalmente flexíveis ainda podem crescer em redes se a flexibilidade da interface no ponto de ligação for controlada”, resume Bastings.
Construir ou destruir
Bastings diz que este trabalho pode mudar a maneira como os cientistas projetam proteínas e outras moléculas para a auto-montagem e criar novas oportunidades para nanoterapias celulares. As abordagens direcionadas podem se concentrar na rigidez no design de novas redes supramoleculares de proteínas, por exemplo; ou na indução de flexibilidade para a quebra estratégica ou prevenção de redes indesejáveis, como placas amilóides observadas em relação à doença de Alzheimer. Ela também prevê aplicações em spintronics, onde a auto-montagem de redes de nanoescala bem definida poderia ajudar a construir eletrônicos de próxima geração.
Ela credita a conquista à iniciativa dos estudantes em seu laboratório e colaboradores do LBNI. E ela não esquece de dar o devido reconhecimento à humilde molécula de DNA.
“Os avanços na nanotecnologia interdisciplinar de DNA e no controle das propriedades no nível atômico tornaram possível tirar o DNA do contexto genômico e transformá -lo em um cavalo de trabalho para descobrir interações físicas globais – como flexibilidade da interface”.
