25 de abril é o Dia do DNA. Para marcar a ocasião, o químico Nils Flothkötter oferece uma visão interna de sua dissertação sobre transferência de carga no DNA
Em 25 de abril de 1953, os biólogos moleculares James Watson e Francis Crick publicaram um artigo no qual decodificaram a estrutura de dupla hélice do material genético de todos os seres vivos, o DNA. Desde 2003, o DNA Day presta homenagem a este trabalho inovador e inovador de Maurice Wilkins, Rosalind Franklin e outros cientistas. Químico Dr. Nils Flothkötter também estudou DNA durante seu programa de doutorado no grupo de trabalho de Jens Müller no Instituto de Química Inorgânica e Analítica da Universidade de Münster – não do ponto de vista biológico, mas sim no que diz respeito à questão de saber se o DNA poderia ser usado como componente em dispositivos eletrônicos miniaturizados no futuro. Cristina Hoppenbrock conversou com ele sobre esta potencial inovação por ocasião do Dia do DNA.
De onde veio a ideia de usar DNA em componentes eletrônicos? Na natureza, o DNA não tem nada a ver com a condução de eletricidade…
Isso mesmo. O factor decisivo reside na sua estrutura: o ADN que utilizámos na nossa investigação era ADN de cadeia dupla. Este também é normalmente o caso do DNA naturalmente disponível. No nível molecular, essa estrutura se assemelha a uma espécie de fio. Se fosse possível utilizar esta estrutura naturalmente pré-fabricada como condutor, seria o fio mais fino do mundo. No entanto, o DNA é geralmente considerado um isolante. No meu trabalho de doutorado, concentrei-me em tornar o DNA acessível para aplicações nas quais ele possa ser usado como condutor.
Como funciona?
Inseri vários íons metálicos no DNA, porque os metais e muitos complexos metálicos são capazes de conduzir elétrons. Para fazer isso, sintetizei nucleobases artificiais que podem ligar íons de prata, cobre e mercúrio e as incorporei nas cadeias de DNA como nucleosídeos, ou seja, em combinação com uma molécula de açúcar. Concentrei-me em estruturas que podem se ligar a íons de prata, cobre e mercúrio e investiguei se a absorção desses íons de metais de transição influencia a condutividade eletrônica.
Na verdade, a condutividade eletrônica pode ser significativamente aumentada pela incorporação de íons de prata nas fitas artificiais de DNA. Infelizmente, porém, o DNA não pode ser considerado um condutor mesmo depois de os íons do metal de transição terem sido incorporados.
Então o uso do DNA em dispositivos eletrônicos ainda é um sonho para o futuro?
Exatamente. No futuro, posso imaginar melhor utilizá-lo no projeto e operação de máquinas moleculares ou ímãs. Ainda existem muitas dificuldades que impedem seu uso em máquinas maiores na vida cotidiana. Por exemplo, a estabilidade dos fios é problemática. Depois de algum tempo, as fitas de DNA se decompõem, principalmente em meio líquido.
Você está agora trabalhando como pesquisador de pós-doutorado no MEET Battery Research Centre. O DNA ainda é um problema para você?
O projeto 'BIOSTORE', no qual estou envolvido, trata da biologização da bateria e dos seus componentes. Infelizmente, a pesquisa de DNA não está suficientemente avançada para usar essas macromoléculas em uma bateria. Posso imaginar que também haveria grandes problemas de estabilidade. No entanto, no projeto ainda estamos analisando o uso de materiais de base biológica, como os polissacarídeos, e seu impacto no desempenho da bateria. Ficaria muito feliz se pudesse utilizar o meu conhecimento de ADN e incorporar estas estruturas numa célula de bateria. No entanto, tenho dúvidas se isso será possível num futuro próximo.
Sobre a dissertação “Transferência de Carga através do DNA com Pares de Bases Mediados por Metal”
Nils Flothkötter investigou a transferência de carga induzida pela luz através do DNA e avaliou sua eficiência. Para tanto, ele produziu nucleobases artificiais e as integrou em fitas de DNA. Uma dessas nucleobases artificiais libera exatamente um elétron por fita após ser irradiada com luz de determinado comprimento de onda. Esse elétron é canalizado através dos pares de bases naturais e/ou mediados por metais até atingir uma espécie de armadilha. Essa armadilha é outra nucleobase artificial que se decompõe ao receber um elétron. Nils Flothkötter calculou a eficiência e uma constante de velocidade para a reação com base no grau de decomposição em função do tempo de irradiação.
Na segunda parte de sua tese, caracterizou filmes de DNA em superfícies de eletrodos de ouro utilizando técnicas eletroquímicas. Para isso, ele produziu fitas artificiais de DNA que possuem um chamado “ligante”, além dos pares de bases ou pares incorretos mediados por metal. Este ligante permite imobilizar as fitas duplas nas superfícies dos eletrodos de ouro e depois investigar qual a influência da formação dos pares de bases mediadas por metais e sua posição nas fitas duplas em relação às suas propriedades eletroquímicas. Nils Flothkötter investigou a influência dos íons metálicos no filme de DNA, se os elétrons também são canalizados através das cadeias nesta estrutura e se propriedades como a espessura da camada têm influência.
