Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/05/2010
Robô molecular
Cientistas norte-americanos criaram um robô molecular autônomo, feito com fitas de DNA, que é capaz de se mover, parar e virar ao longo de uma pista também construída com moléculas de DNA.
A miniaturização dos robôs, fazendo-os encolher até a escala molecular, poderá oferecer aos cientistas ferramentas para atuar em nível molecular que trarão os mesmos benefícios que os robôs e a automação trouxeram para a escala macroscópica.
Embora ainda estejam longe de se tornarem práticos, os robôs moleculares poderão ser programados para avaliar o ambiente ao seu redor por meio de sensores, detectando, por exemplo, moléculas no interior das células que indiquem a presença de doenças.
Robô de DNA
Em teoria, esses nanorrobôs poderão ser capazes de tomar uma decisão - decidir se uma célula é cancerosa ou não - e agir com base nessa decisão - descarregar drogas que eliminem células cancerosas, por exemplo.
Embora o conceito seja promissor, há muitos problemas práticos a serem vencidos. O robô molecular agora demonstrado também pode ser chamado de "moléculas que se comportam como robôs". E como programar moléculas para que elas desempenhem tarefas complexas?
"Na robótica normal, o próprio robô contém as informações sobre os comandos, mas com moléculas individuais você não pode guardar essa quantidade de informações. Assim, a ideia é manter as informações sobre os comandos fora do robô," explica o Dr. Nils Walter, da Universidade de Michigan.
Walter é um dos membros da equipe que construiu o nanorrobô de DNA, que inclui ainda cientistas das universidades de Colúmbia, Arizona e Caltech.
Origami de DNA
A trilha diz ao robô molecular por onde andar, onde parar, virar para a esquerda ou para a direita ou parar. [Imagem: Lund et al./Nature]
O nanorrobô, com um comportamento que pode ser controlado previamente, foi construído com uma técnica chamada origami de DNA.
O origami de DNA é uma espécie de estrutura feita com fitas de DNA que se encaixam autonomamente para formar virtualmente qualquer formato ou padrão.
Usando as propriedades de reconhecimento de sequências dos pares de bases, os origamis de DNA são criados a partir de uma longa fita de DNA e uma mistura de diversos tipos de fitas curtas de DNA que se ligam à fita longa no formato desejado por meio de uma espécie de "grampo".
Os cientistas usaram essa técnica para construir uma pista para o seu nanorrobô na forma de um quadrado com apenas 100 nanômetros de lado e uma espessura de 2 nanômetros.
Trilha de miolo de pão
Mas era necessário ainda dizer ao robô por onde ele deve andar. A trilha, que os cientistas chamam de "trilha de miolo de pão", é formada por oligonucleotídeos - moléculas de DNA com uma única fita - que são conectados aos "grampos" que unem o origami original.
É esta trilha que diz ao robô molecular por onde andar, onde parar, virar para a esquerda ou para a direita ou parar. Os "miolos de pão" representam, assim, os comandos que dizem ao robô o que ele deve fazer.
O robô molecular propriamente dito, medindo 4 nanômetros de diâmetro, foi construído a partir de uma proteína chamada estreptavidina, que possui quatro subunidades idênticas, nas quais podem ser construídas as pernas do robô. Cada perna é também uma pequena fita de DNA ligada à proteína por meio de um composto químico chamado biotina.
"É uma aranha molecular de quatro patas," brinca Milan Stojanovic, que foi o inventor desse robô molecular. Até agora, porém, ele não havia sido capaz de fazer suas aranhas moleculares andarem de forma controlada.
Primeiros passos
Os cientistas usaram moléculas de DNA para construir uma pista para o seu nanorrobô na forma de um quadrado com apenas 100 nanômetros de lado e uma espessura de 2 nanômetros. [Imagem: Lund et al./Nature]
Três das pernas do nanorrobô são feitas de DNA enzimático, uma molécula que se liga e corta uma sequência particular de DNA. A quarta perna é uma espécie de "tiro de partida", que mantém o robô conectado à pista até que ele seja liberado para andar.
Depois que é liberado, o robô segue a trilha ligando-se e cortando as fitas de DNA. "Quando ele corta, o produto se dissocia, e a perna começa a procurar pelo próximo substrato," explica Hao Yan, outro membro da equipe. "O robô pára quando ele encontra uma fita de DNA à qual ele se liga mas não consegue cortar."
Teoricamente, o nanorrobô é capaz de dar milhares de passos. Neste primeiro experimento, contudo, ele deu cerca de 50 passos - um grande progresso em relação às tentativas anteriores, que não passaram dos três passos.
O próximo objetivo dos pesquisadores é adicionar um segundo nanorrobô à mesma pista, fazendo com que os dois comuniquem-se um com o outro e com o ambiente. "A chave é aprender como programar comportamentos de alto nível por meio de interações de baixo nível," diz Stojanovic.
Medos dos nanorrobôs
Manter o controle fora do nanorrobô parece ser uma "vacina" segura contra o maior temor levantado contra robôs capazes de manipular a matéria na escala atômica.
Embora pareça ser muito interessante construir objetos úteis manipulando átomos e moléculas, há sempre o risco de que os robôs saiam de controle e comecem a mexer em átomos e moléculas que não deveriam, estragando o que já estava construído.
Hipóteses ficcionais levantam até mesmo a possibilidade, bastante irreal, de que os nanorrobôs poderiam fabricar outros iguais a eles e, no limite, destruir o planeta inteiro.
Vários outros experimentos já demonstraram dispositivos teoricamente úteis utilizando fitas de DNA - ainda que essa utilidade possa estar décadas à frente.
DNA motorizado viabiliza experimentos moleculares autônomos
Andarilho robótico de DNA imita o sistema de transporte das células
Nanomotor molecular é mais rápido do que instrumentos conseguem medir
Motores moleculares de DNA vão impulsionar nanorrobôs
Bibliografia:
Molecular robots guided by prescriptive landscapes
Kyle Lund, Anthony J. Manzo, Nadine Dabby, Nicole Michelotti, Alexander Johnson-Buck, Jeanette Nangreave, Steven Taylor, Renjun Pei, Milan N. Stojanovic, Nils G. Walter, Erik Winfree
Nature
13 May 2010
Vol.: 465, 206-210
DOI: 10.1038/nature09012
Fonte: Inovação Tecnológica
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| O nanorrobô, com um comportamento que pode ser controlado previamente, foi construído com uma técnica chamada origami de DNA.[Imagem: Paul Michelotti] |
Cientistas norte-americanos criaram um robô molecular autônomo, feito com fitas de DNA, que é capaz de se mover, parar e virar ao longo de uma pista também construída com moléculas de DNA.
A miniaturização dos robôs, fazendo-os encolher até a escala molecular, poderá oferecer aos cientistas ferramentas para atuar em nível molecular que trarão os mesmos benefícios que os robôs e a automação trouxeram para a escala macroscópica.
Embora ainda estejam longe de se tornarem práticos, os robôs moleculares poderão ser programados para avaliar o ambiente ao seu redor por meio de sensores, detectando, por exemplo, moléculas no interior das células que indiquem a presença de doenças.
Robô de DNA
Em teoria, esses nanorrobôs poderão ser capazes de tomar uma decisão - decidir se uma célula é cancerosa ou não - e agir com base nessa decisão - descarregar drogas que eliminem células cancerosas, por exemplo.
Embora o conceito seja promissor, há muitos problemas práticos a serem vencidos. O robô molecular agora demonstrado também pode ser chamado de "moléculas que se comportam como robôs". E como programar moléculas para que elas desempenhem tarefas complexas?
"Na robótica normal, o próprio robô contém as informações sobre os comandos, mas com moléculas individuais você não pode guardar essa quantidade de informações. Assim, a ideia é manter as informações sobre os comandos fora do robô," explica o Dr. Nils Walter, da Universidade de Michigan.
Walter é um dos membros da equipe que construiu o nanorrobô de DNA, que inclui ainda cientistas das universidades de Colúmbia, Arizona e Caltech.
Origami de DNA
A trilha diz ao robô molecular por onde andar, onde parar, virar para a esquerda ou para a direita ou parar. [Imagem: Lund et al./Nature]
O nanorrobô, com um comportamento que pode ser controlado previamente, foi construído com uma técnica chamada origami de DNA.
O origami de DNA é uma espécie de estrutura feita com fitas de DNA que se encaixam autonomamente para formar virtualmente qualquer formato ou padrão.
Usando as propriedades de reconhecimento de sequências dos pares de bases, os origamis de DNA são criados a partir de uma longa fita de DNA e uma mistura de diversos tipos de fitas curtas de DNA que se ligam à fita longa no formato desejado por meio de uma espécie de "grampo".
Os cientistas usaram essa técnica para construir uma pista para o seu nanorrobô na forma de um quadrado com apenas 100 nanômetros de lado e uma espessura de 2 nanômetros.
Trilha de miolo de pão
Mas era necessário ainda dizer ao robô por onde ele deve andar. A trilha, que os cientistas chamam de "trilha de miolo de pão", é formada por oligonucleotídeos - moléculas de DNA com uma única fita - que são conectados aos "grampos" que unem o origami original.
É esta trilha que diz ao robô molecular por onde andar, onde parar, virar para a esquerda ou para a direita ou parar. Os "miolos de pão" representam, assim, os comandos que dizem ao robô o que ele deve fazer.
O robô molecular propriamente dito, medindo 4 nanômetros de diâmetro, foi construído a partir de uma proteína chamada estreptavidina, que possui quatro subunidades idênticas, nas quais podem ser construídas as pernas do robô. Cada perna é também uma pequena fita de DNA ligada à proteína por meio de um composto químico chamado biotina.
"É uma aranha molecular de quatro patas," brinca Milan Stojanovic, que foi o inventor desse robô molecular. Até agora, porém, ele não havia sido capaz de fazer suas aranhas moleculares andarem de forma controlada.
Primeiros passos
Os cientistas usaram moléculas de DNA para construir uma pista para o seu nanorrobô na forma de um quadrado com apenas 100 nanômetros de lado e uma espessura de 2 nanômetros. [Imagem: Lund et al./Nature]
Três das pernas do nanorrobô são feitas de DNA enzimático, uma molécula que se liga e corta uma sequência particular de DNA. A quarta perna é uma espécie de "tiro de partida", que mantém o robô conectado à pista até que ele seja liberado para andar.
Depois que é liberado, o robô segue a trilha ligando-se e cortando as fitas de DNA. "Quando ele corta, o produto se dissocia, e a perna começa a procurar pelo próximo substrato," explica Hao Yan, outro membro da equipe. "O robô pára quando ele encontra uma fita de DNA à qual ele se liga mas não consegue cortar."
Teoricamente, o nanorrobô é capaz de dar milhares de passos. Neste primeiro experimento, contudo, ele deu cerca de 50 passos - um grande progresso em relação às tentativas anteriores, que não passaram dos três passos.
O próximo objetivo dos pesquisadores é adicionar um segundo nanorrobô à mesma pista, fazendo com que os dois comuniquem-se um com o outro e com o ambiente. "A chave é aprender como programar comportamentos de alto nível por meio de interações de baixo nível," diz Stojanovic.
Medos dos nanorrobôs
Manter o controle fora do nanorrobô parece ser uma "vacina" segura contra o maior temor levantado contra robôs capazes de manipular a matéria na escala atômica.
Embora pareça ser muito interessante construir objetos úteis manipulando átomos e moléculas, há sempre o risco de que os robôs saiam de controle e comecem a mexer em átomos e moléculas que não deveriam, estragando o que já estava construído.
Hipóteses ficcionais levantam até mesmo a possibilidade, bastante irreal, de que os nanorrobôs poderiam fabricar outros iguais a eles e, no limite, destruir o planeta inteiro.
Vários outros experimentos já demonstraram dispositivos teoricamente úteis utilizando fitas de DNA - ainda que essa utilidade possa estar décadas à frente.
DNA motorizado viabiliza experimentos moleculares autônomos
Andarilho robótico de DNA imita o sistema de transporte das células
Nanomotor molecular é mais rápido do que instrumentos conseguem medir
Motores moleculares de DNA vão impulsionar nanorrobôs
Bibliografia:
Molecular robots guided by prescriptive landscapes
Kyle Lund, Anthony J. Manzo, Nadine Dabby, Nicole Michelotti, Alexander Johnson-Buck, Jeanette Nangreave, Steven Taylor, Renjun Pei, Milan N. Stojanovic, Nils G. Walter, Erik Winfree
Nature
13 May 2010
Vol.: 465, 206-210
DOI: 10.1038/nature09012
Fonte: Inovação Tecnológica
