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Engenheiros acessam o DNA para criar máquinas ‘similares à vida’


Como material genético, o DNA é responsável por toda a vida conhecida. Mas o DNA também é um polímero. Aproveitando a natureza única desta molécula, os engenheiros da Universidade Cornell (EUA) criaram máquinas simples construídas de biomateriais com propriedades dos seres vivos.
Engenheiros acessam o DNA para criar máquinas 'similares à vida'

Usando o que eles chamam de materiais DASH (sigla em inglês para Montagem Baseada no DNA e Síntese de Hierarquia), os engenheiros da Cornell construíram um material de DNA com capacidades de metabolismo, além de automontagem e organização – três características-chave da vida.

Dan Luo, professor de engenharia biológica e ambiental na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida, disse:

Estamos apresentando um novo conceito de material natural, alimentado por seu próprio metabolismo artificial. Não estamos fazendo algo que está vivo, mas estamos criando materiais que são muito mais vivos do que já foram vistos antes.

O artigo, Dynamic DNA Material With Emergent Locomotion Behavior Powered by Artificial Metabolism (Material de DNA Dinâmico Com Comportamento de Locomoção Emergente Impulsionado pelo Metabolismo Artificial), foi publicado em 10 de abril na Science Robotics.

Para qualquer organismo vivo se manter, deve haver um sistema para administrar a mudança. Novas células devem ser geradas; células velhas e resíduos devem ser varridos. A biossíntese e a biodegradação são elementos-chave da auto-sustentabilidade e requerem metabolismo para manter sua forma e funções.

Através deste sistema, as moléculas de DNA são sintetizadas e montadas em padrões de forma hierárquica, resultando em algo que pode perpetuar um processo dinâmico e autônomo de crescimento e decadência.

Usando o DASH, os engenheiros da Cornell criaram um biomaterial que pode emergir autonomamente de seus blocos de construção em nanoescala e se organizar – primeiro em polímeros e, por fim, em formas de mesoescala. Partindo de uma sequência de sementes de base de 55 nucleótidos, as moléculas de DNA foram multiplicadas centenas de milhares de vezes, criando cadeias de DNA que se repetem com alguns milímetros de tamanho. A solução de reação foi então injetada em um dispositivo microfluídico que forneceu um fluxo líquido de energia e os blocos de construção necessários para a biossíntese.

À medida que o fluxo passava sobre o material, o DNA sintetizava seus próprios fios novos, com a extremidade dianteira do material crescendo e a ponta final se degradando em equilíbrio otimizado. Desta forma, ele fez sua própria locomoção, rastejando para frente, contra o fluxo, de uma maneira semelhante à forma como os bolores se movem.

A habilidade de locomoção permitiu que os pesquisadores colocassem conjuntos do material um contra o outro em corridas competitivas. Devido à aleatoriedade no ambiente, um corpo acabaria por ganhar uma vantagem sobre o outro, permitindo que um cruzasse uma linha de chegada primeiro.

Shogo Hamada, professor e pesquisador associado no laboratório Luo, e principal autor do artigo, informou:

Os projetos ainda são primitivos, mas mostraram uma nova rota para criar máquinas dinâmicas a partir de biomoléculas. Estamos em um primeiro passo na construção de robôs naturais por meio do metabolismo artificial. Mesmo a partir de um projeto simples, conseguimos criar comportamentos sofisticados, como corridas.

O metabolismo artificial poderia abrir uma nova fronteira na robótica.

Atualmente, os engenheiros estão explorando maneiras de fazer o material reconhecer estímulos e, de forma autônoma, ser capaz de procurar luz ou alimento, ou evitar algo prejudicial.

O metabolismo programado incorporado em materiais de DNA é a principal inovação. O DNA contém o conjunto de instruções para o metabolismo e a regeneração autônoma. Depois disso, é por conta própria.

Luo disse:

Tudo, desde sua capacidade de se movimentar e competir, todos esses processos são autocontidos. Não há interferência externa. A vida começou bilhões de anos a partir de talvez apenas alguns tipos de moléculas. Isso pode ser o mesmo…

…Mais empolgante, o uso de DNA dá a todo o sistema uma possibilidade de auto-evolução. Isso é fantástico.

Teoricamente, ele poderia ser projetado de modo que as gerações subsequentes emergissem em segundos. A reprodução nesse ritmo acelerado tiraria vantagem das propriedades mutacionais naturais do DNA e aceleraria o processo evolutivo, de acordo com Luo.

No futuro, o sistema poderia ser usado como um biossensor para detectar a presença de qualquer DNA e RNA. O conceito também poderia ser usado para criar um modelo dinâmico para produzir proteínas sem células vivas.

Há uma patente pendente para o processo no Centro de Licenciamento de Tecnologia.

(Fonte)

Colaboração: Lúcio Paganni


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