A exposição a enzimas provoca resposta peculiar em gotículas de líquido formado por DNA

Com parceiros de pesquisa da Universidade Ludwig-Maximilians (LMU), em Munique, na Alemanha, os resultados da equipe aparecem nos Anais da Academia Nacional de Ciências.

Recentes avanços em biologia celular, permitiram aos cientistas de aprender que os componentes moleculares de células vivas (tais como ADN e proteas) podem ligar-se um ao outro e formar as gotículas de líquido que parecem semelhantes às gotas de óleo em salada agitada vestir. Essas gotículas celulares interagir com outros componentes para realizar processos básicos que são fundamentais para a vida, mas pouco se sabe sobre como as interações funcionar. Para obter conhecimento sobre estes processos fundamentais, os investigadores utilizaram métodos modernos de nanotecnologia para engendrar um sistema modelo, uma gota de líquido formado a partir de partículas de ADN, e, em seguida, observou essas gotículas à medida que interagiram com uma enzima de clivagem de ADN.

Surpreendentemente, eles descobriram que, em certos casos, a adição de enzima fez com que as gotículas de ADN para começar subitamente borbulhar, como água fervente.

"A coisa estranha sobre o DNA borbulhando é que nós não aquecer o sistema; é como se uma panela de água começou a ferver mesmo que você esqueceu de ligar o fogão", disse o co-líder do projeto Omar Saleh, a UC Santa Barbara professor assistente de materiais e bioengenharia. No entanto, o comportamento borbulhante não ocorrem sempre; às vezes adicionando a enzima faria com que as gotículas de encolher longe sem problemas, e não estava claro por que ocorrem uma resposta ou outro.

Para chegar ao fundo deste mistério, a equipe realizou um rigoroso conjunto de experimentos de precisão para quantificar os comportamentos encolhendo e borbulhantes. Eles identificaram dois tipos de comportamento de encolhimento: A primeira causados ​​por enzimas que cortam o DNA apenas na superfície da gotícula, e o segundo causados ​​por enzimas que penetram no interior da gotícula. "Esta observação foi fundamental para desvendar o comportamento, uma vez que colocar em nossas cabeças a ideia de que a enzima poderia começar a mordiscar afastado nas gotículas de dentro", disse o co-líder Tim Liedl, professor da LMU, onde os experimentos foram conduzida.

Através da comparação da resposta de gotícula para o desenho de partículas de ADN, a equipa desvendou o caso: eles descobriram que a borbulhar e de penetração à base de encolhimento ocorreu em conjunto, e aconteceu apenas quando as partículas de ADN foram levemente ligadas entre si, enquanto que as partículas de ADN fortemente ligados iria manter a enzima no lado de fora. Como Saleh observou: "É como tentar caminhar através de uma multidão, se a multidão está segurando firmemente as mãos, você não seria capaz de passar."

As bolhas, então, ocorrer apenas nos sistemas levemente ligados, quando a enzima pode obter através das partículas aglomeradas de DNA para o interior da gotícula, e começa a corroer a gotícula a partir do interior. Os fragmentos químicos criados pela ligação enzimática de um efeito osmótico no qual a água é extraída a partir do exterior, causando um fenómeno que produz inchaço das bolhas. As bolhas crescem, atingem a superfície da gotícula, e, em seguida, libertar os fragmentos de uma explosão arroto semelhante gasoso. "É impressionante para assistir, como as bolhas inchar e pop mais e mais", disse Liedl.

O trabalho demonstra uma relação complexa entre as propriedades do material de base de um líquido biomolecular e das suas interacções com componentes externos. A equipe acredita que o conhecimento adquirido a partir de estudar o processo borbulhante levará tanto a melhores modelos de processos que vivem e habilidades aprimoradas para engenheiro gotículas de líquido para uso como biorreatores sintéticos.

A pesquisa foi possível graças a um prêmio para Saleh da Fundação Alexander von Humboldt, o que lhe permitiu visitar Munique e trabalhar diretamente com Liedl neste projeto. "Estes tipos de colaborações internacionais são extremamente produtivo", disse Saleh.

fonte: University of California - Santa Barbara. "Exposure to enzymes causes peculiar response in liquid droplets formed by DNA." ScienceDaily. ScienceDaily, 28 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200728130830.htm>.