Cercetătorii au folosit ADN pentru a construi cea mai mică antenă din lume

Oamenii de știință au construit cea mai mică antenă din lume; aceasta măsoară doar cinci nanometri lungime. Spre deosebire de omologii săi mult mai mari pe care îi știm cu toții, acest obiect minuscul nu este făcut pentru a transmite unde radio, ci pentru a afla secretele proteinelor aflate în continuă schimbare.

Nanoantena este făcută din ADN, moleculele purtând instrucțiuni genetice care sunt de aproximativ 20.000 de ori mai mici decât un fir de păr uman. De asemenea, nanoantena este fluorescentă, ceea ce înseamnă că folosește semnale luminoase pentru a înregistra și a raporta informații.

• Galileo Galilei, omul care a schimbat cursul istoriei. „Și totuși, se mișcă!”
• Sonda europeană Mars Express a observat „păianjeni” pe planeta Marte

Astfel, ccele semnale luminoase pot fi folosite pentru a studia mișcarea și schimbarea proteinelor în timp real.

Cea mai mică antenă a fost creată pentru studiul proteinelor

O parte a inovației reprezentată prin această antenă este modul în care partea receptor a acesteia este, de asemenea, utilizată pentru a simți suprafața moleculară a proteinei pe care o studiază. Acest lucru are drept rezultat un semnal distinct atunci când proteina își îndeplinește funcția biologică.

„La fel ca un radio bidirecțional care poate recepționa și transmite unde radio, nanoantena fluorescentă primește lumină într-o singură culoare sau lungime de undă și, în funcție de mișcarea proteinei pe care o simte, transmite apoi lumina înapoi într-o altă culoare, pe care o putem detecta”, spune chimistul Alexis Vallée-Bélisle, de la Université de Montréal (UdeM) din Canada.

Mai exact, sarcina antenei este de a măsura modificările structurale ale proteinelor în timp. Proteinele sunt molecule mari, complexe, care îndeplinesc tot felul de sarcini esențiale în organism, de la susținerea sistemului imunitar până la reglarea funcției organelor.

Cu toate acestea, pe măsură ce proteinele își fac treaba, ele suferă modificări constante în structură, trecând de la o stare la alta într-un proces extrem de complex pe care oamenii de știință îl numesc dinamica proteinelor. Și instrumentele noastre nu sunt suficient de bune pentru a urmări această dinamică.

„Studiul experimental al stărilor tranzitorii ale proteinelor rămâne o provocare majoră, deoarece tehnicile de înaltă rezoluție structurală, inclusiv rezonanța magnetică nucleară și cristalografia cu raze X, adesea nu pot fi aplicate direct pentru a studia stările proteinelor de scurtă durată”, explică echipa în lucrarea lor, conform Science Alert.

Au fost necesari zeci de ani pentru dezvoltarea acestei tehnologii

Cea mai recentă tehnologie de sinteză a ADN-ului (aflată de aproximativ 40 de ani în dezvoltare) este capabilă să producă nanostructuri personalizate de lungimi și flexibilități diferite, optimizate pentru a îndeplini funcțiile necesare.

Un avantaj pe care îl are cea mai mică antenă ADN față de alte tehnici de analiză este capacitatea de a capta stări de proteine ​​cu viață foarte scurtă. Acest lucru, spun cercetătorii, înseamnă că există o mulțime de aplicații potențiale atât în ​​biochimie, cât și în nanotehnologie.

„De exemplu, am putut detecta, în timp real și pentru prima dată, funcția enzimei fosfatazei alcaline cu o varietate de molecule și medicamente biologice. Această enzimă a fost implicată în multe boli, inclusiv în diverse tipuri de cancer și inflamație intestinală”, spune chimistul Scott Harroun, de la UdeM.

În timp ce a explorat „universalitatea” designului lor, echipa și-a testat cu succes antena cu trei modele de proteine ​​diferite: streptavidină, fosfatază alcalină și Proteina G; dar pot să urmeze mult mai multe, iar unul dintre avantajele noii antene este versatilitatea acesteia.

„Nanoantenele pot fi folosite pentru a monitoriza mecanisme biomoleculare distincte în timp real, inclusiv schimbări conformaționale mici și mari; în principiu, orice eveniment care poate afecta emisia de fluorescență a coloranților”, scrie echipa în lucrare.

ADN-ul devine tot mai popular ca un element de bază pe care îl putem sintetiza și manipula pentru a crea nanostructuri precum antena din acest studiu. Chimia ADN-ului este relativ simplă de programat și ușor de utilizat odată programată.

Echipa dorește, pe viitor, să comercializeze produsul

Cercetătorii caută acum să creeze un startup comercial, astfel încât nanoantena să poată fi utilizată și de alții, fie că este vorba de organizații farmaceutice sau de alte echipe de cercetare.

„Suntem cel mai încântați de faptul că multe laboratoare din întreaga lume, echipate cu un spectrofluorometru convențional, ar putea folosi cu ușurință aceste nanoantene pentru a studia proteina lor preferată, poate pentru a identifica noi medicamente sau pentru a dezvolta noi nanotehnologii”, spune Vallée -Bélisle.

Cercetarea a fost publicată în Nature Methods.

Vă recomandăm să citiți și:

Semnale cerebrale asociate cu tulburarea obsesiv-compulsivă, descoperite în premieră de cercetători

Oamenii de știință tocmai au identificat un nou strat muscular în maxilarul uman

Alimentele de tip fast-food conțin chimicale care perturbă hormonii. De unde provine contaminarea?

Consumul excesiv de cafea crește riscul apariției demenței. Ce înseamnă un consum excesiv de cafea?