Robô feito de mólecula de DNA é capaz de buscar e carregar substâncias

Menor que um vírus, autômato consegue capturar moléculas e organizá-las em um local escolhido. Segundo os criadores, a solução poderá ser usada na área médica, como na identificação de sinais de doenças dentro do corpo humano

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postado em 26/09/2017 06:00

A presença dos robôs em nosso dia a dia não é algo do futuro. Já acontece. Eles dominam as linhas de produção das fábricas e auxiliam os humanos em armazéns, fazendas, salas de cirurgia e até em algumas casas. Existem máquinas tão avançadas que conseguem realizar delicadas operações cardíacas. Então, um robô capaz de pegar objetos e levá-los para um local específico não impressiona mais. A menos, é claro, que ele seja menor do que um vírus.

Cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, o Caltech, nos Estados Unidos, criaram um robô feito de uma única fita de DNA, capaz de andar aleatoriamente por uma superfície de 58 por 58 nanômetros, agarrar uma molécula e levá-la a um local escolhido. Além disso, o sistema consegue separar as moléculas, por tipo, em pilhas diferentes, o que ajudaria, por exemplo, em intervenções médicas.

Apesar de não ser o primeiro robô feito com DNA, a criação inaugura essa habilidade de organização de moléculas, uma tarefa complexa, segundo os criadores. Também inova ao desenvolver “blocos de construção”— com funções diferentes e independentes entre si — e por funcionar de forma simples.

Por enquanto, o robô consegue andar apenas em uma superfície específica feita também de DNA. No futuro, porém, essa tecnologia poderá ser usada para construir medicamentos dentro do corpo humano, rearranjar moléculas de uma substância e detectar sinais sutis de doenças, acreditam os pesquisadores.

“Assim como robôs eletroquímicos foram enviados a lugares que talvez sejam longe demais para humanos, como um outro planeta, se nós realmente dominarmos a criação de máquinas moleculares, seremos capazes de construir robôs moleculares e mandá-los para lugares pequenos demais para nós”, diz Lulu Qian, participante da pesquisa e uma das autoras do artigo, divulgado neste mês na revista Science.

Autonomia

Segundo a pesquisadora, muitos componentes biológicos presentes nos organismos podem ser vistos como máquinas com funções mecânicas na escala dos nanômetros. Usando-os como inspiração, a equipe estudou uma forma de explorar os mesmos princípios que ocorrem na natureza para criar um androide programado por humanos.

Os robôs de DNA anteriores têm estruturas muito complexas, usando diversas faixas da molécula. Grande parte dessas máquinas também precisa ser controlada constantemente, com sinais químicos, para realizar suas tarefas. Lulu Qian e os colegas, porém, simplificaram o processo e dividiram o robô em blocos simples, cada um com sua função.

O autômato é feito com apenas uma fita de DNA contendo 53 nucleotídeos — os elementos básicos do DNA e do RNA —, divididos em dois blocos: uma perna com dois pés, responsáveis pelo movimento; e um braço com uma mão, que segura a molécula desejada.

“O bloco para a caminhada explora flutuações moleculares e permite que o robô dê passos em direções aleatórias sem consumir nenhuma energia”, explica Lulu Qian. “O consumo de energia acontece apenas para pegar e largar a molécula. Dessa forma, o robô pode procurar por toda a superfície de teste, pegar moléculas, independentemente de onde elas estejam, e levá-las ao destino.”

Inteligência

Apesar de autônoma, a invenção não é muito inteligente. Não sabe onde estão as cargas nem qual a melhor forma de procurá-las. O robô só percebe que encontrou a molécula desejada quando esbarra diretamente nela. Por isso, percorre a arena a esmo até encontrar o seu alvo.

Para andar, o DNA presente em um dos pés do robô se conecta com o DNA da superfície, enquanto o outro pé flutua livremente. Quando o pé livre se encontra com a superfície, ele se conecta, e o outro se solta. O robô, então, dá um passo em uma direção aleatória. Cada um desses movimentos dura cerca de cinco minutos, e são necessários cerca de 300 deles para completar a tarefa.

Quando o robô esbarra em uma molécula, o outro bloco entra em ação. Os nucleotídeos que formam a mão se conectam à molécula e a seguram firmemente. Estruturas semelhantes à mão do robô foram instaladas na arena e tomam as moléculas assim que ele se aproxima, impedindo, por exemplo, que ele leve um objeto não esperado.

Nos testes realizados, o robô demorou 24 horas para percorrer a arena, encontrar seis moléculas de dois tipos e organizá-las nos seus respectivos destinos. Segundo os pesquisadores, vários robôs podem ser utilizados ao mesmo tempo para aumentar a eficiência e realizar tarefas mais complexas, como sintetizar uma substância.

“O robô ainda não funciona em um organismo, mas os pesquisadores testaram o modelo in vitro e ele funcionou bem”, avalia Ricardo Lehtonen, professor do Departamento de Genética da Universidade Federal do Paraná. “Ele pode ser usado para fabricar moléculas. Como carrega cargas, você pode ter vários robôs, cada um carregando um tipo de carga, e, assim, sintetizar uma substância, como um medicamento, no próprio local.”

Aplicações diversas

Segundo o professor, esse tipo de máquina poderia detectar sinais que indicam doenças no corpo, como os micro-RNAs. “São pequenos RNAs sintetizados pelo corpo, e alguns deles podem estar ligados com algumas doenças, como o câncer”, afirma. “O robô pode detectar aquele RNA e fazer alguma coisa.”

“Eu estou interessada em entender o comportamento de robôs de DNA em diversos ambientes. Esses robôs podem ser aplicados de várias formas, incluindo em tratamentos terapêuticos”, afirma Anupama Thubagere, principal autora do artigo. “Porém, nós, primeiro, temos que entender como o seu comportamento é afetado por mudanças no ambiente. Eu gostaria de construir sistemas robustos que possam funcionar em diferentes condições externas.”

Segundo Lulu Qian, um dos próximos desafios é desenvolver blocos de construção com funções diferentes. “Por exemplo, estamos interessados em um sinal parecido com um feromônio, uma substância que o robô possa usar para deixar e marcar onde esteve. Assim, ele poderá ser programado para encontrar o caminho direto entre dois locais, de forma semelhante ao que fazem as formigas para encontrar caminhos entre seus ninhos e a comida”, compara.

Compensação em conjunto
A simplicidade é algo essencial ao se construir robôs moleculares. O ambiente bioquímico no qual eles trabalham é complexo, e robôs também complexos não são tão confiáveis quanto os blocos simples que os pesquisadores do Caltech utilizaram. Porém, essas soluções simplificadas ainda podem realizar tarefas complicadas, e quanto maior o número de robôs envolvidos, mais eficientes eles são.

"Assim como robôs eletroquímicos foram enviados a lugares que, talvez, sejam longes demais para humanos, como um outro planeta, se nós realmente dominarmos a criação de máquinas moleculares, seremos capazes de (…) mandá-las para lugares pequenos demais para nós”, Lulu Qian, pesquisadora do Instituto de Tecnologia da Califórnia e participante do estudo

* Estagiário sob a supervisão da subeditora Carmen Souza
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