Pesquisadores da Universidade de Johannes Gutenberg Mainz (JGU), o Instituto Max Planck de Pesquisa de Polímeros e a Universidade do Texas em Austin identificaram uma forma de movimento molecular que não foi observado anteriormente. Quando o que é conhecido como ‘moléculas de hóspedes’ – moléculas que são acomodadas em uma molécula hospedeira – penetram em gotículas de polímeros de DNA, eles não simplesmente se difundem neles de maneira aleatória, mas se propagam através deles na forma de uma onda frontal claramente definida. “Esse é um efeito que não esperávamos”, aponta Weixiang Chen, do Departamento de Química da JGU, que desempenhou um papel importante na descoberta. As descobertas da equipe de pesquisa foram publicadas hoje em um artigo no prestigiado Journal Nanotecnologia da natureza. As novas idéias não são apenas fundamentais para a nossa compreensão de como as células regulam os sinais, mas também podem contribuir para o desenvolvimento de biomateriais inteligentes, tipos inovadores de membranas, portadores programáveis de ingredientes ativos e sistemas de células sintéticas capazes de imitar a complexidade organizacional dos processos nos seres vivos. Padrões de ondas moleculares em vez de difusão convencional
Geralmente, é o caso de que as moléculas são distribuídas em todos os líquidos por meio de difusão simples. Por exemplo, se você adicionar um corante azul a um copo de água, o corante se dispersa gradualmente no líquido, formando gradientes de cores macios e embaçados. No entanto, o comportamento observado das moléculas de hóspedes nas gotículas de DNA é bem diferente. “As moléculas se movem de maneira estruturada e controlada, contrária aos modelos tradicionais, e isso assume a forma do que parece ser uma onda de moléculas ou um limite móvel”, explica o professor Andreas Walther, do Departamento de Química da JGU, que liderou o projeto de pesquisa.
A equipe de pesquisa usou gotículas compostas por milhares de fios individuais de DNA, estruturas que também são conhecidas como condensados biomoleculares. O que é de specific interesse nessa conexão é o fato de que as propriedades das gotículas podem ser determinadas com precisão com a ajuda das estruturas de DNA e outros parâmetros, como a concentração de sais. Além disso, essas gotículas têm suas contrapartes em células biológicas, capazes de empregar condensados semelhantes para organizar processos bioquímicos complexos sem a necessidade de membranas. “Nossas gotículas sintéticas representam, portanto, um excelente sistema de modelo com o qual podemos simular processos naturais e entender melhor”, enfatiza Chen. Em suas gotículas, os pesquisadores introduziram fios de DNA ‘convidados’ especialmente projetados, capazes de reconhecer especificamente a estrutura interna das gotículas e se ligar a eles. Segundo a equipe, a moção intrigante das moléculas de hóspedes, que eles detectaram pela primeira vez, é em parte atribuível à maneira como o DNA adicionado e o DNA presente nas gotículas se combinam com base no princípio da chave e bloqueio. Isso significa que o materials circundante se torna menos denso e não mais fixado, de modo que os estados dinâmicos inchados e dinâmicos se desenvolvam localmente. Chen acrescenta: “A frente bem definida e altamente concentrada continua avançando de maneira linear ao longo do tempo, impulsionada pela ligação química, conversão de materials e interações programáveis de DNA. Algo que é completamente novo quando se trata de matéria suave”.
Nova base para entender os processos celulares
As descobertas não são apenas relevantes para nos fornecer uma melhor compreensão da física da matéria suave, mas também para melhorar nosso conhecimento dos processos químicos que ocorrem nas células. “Essa pode ser uma das peças que faltavam do quebra -cabeça que, uma vez montadas, nos revelarão como as células regulam os sinais e organizam processos no nível molecular”, afirma Walther. Isso também seria de interesse quando se trata do tratamento de distúrbios neurodegenerativos nos quais as proteínas migram dos núcleos celulares para o citoplasma, formando condensados lá. À medida que essa idade se transformam de um estado dinâmico para um estado mais estável e constroem as fibrilas problemáticas. “É bastante concebível que possamos encontrar uma maneira de influenciar esses processos de envelhecimento com o auxílio de nossas novas idéias, para que, a longo prazo, uma abordagem totalmente nova para o tratamento de doenças neurodegenerativas possa surgir”, conclui Walther.
