Gli scienziati hanno costruito la più piccola antenna mai realizzata, lunga solo cinque nanometri. A differenza delle sue controparti molto più grandi che tutti conosciamo, questa minuscola cosa non è fatta per trasmettere onde radio, ma per raccogliere i segreti delle proteine in continua evoluzione.
La nanoantenna è fatta di DNA, le molecole che trasportano istruzioni genetiche che sono circa 20.000 volte più piccole di un capello umano. È anche fluorescente, il che significa che utilizza segnali luminosi per registrare e riportare informazioni, e quei segnali luminosi possono essere utilizzati per studiare il movimento e il cambiamento delle proteine in tempo reale. Parte dell'innovazione con questa particolare antenna è il modo in cui la parte ricevente di essa viene utilizzata anche per rilevare la superficie molecolare della proteina che sta studiando. Ciò si traduce in un segnale distinto quando la proteina sta svolgendo la sua funzione biologica.
"Come una radio bidirezionale che può sia ricevere che trasmettere onde radio, la nanoantenna fluorescente riceve la luce in un colore, o lunghezza d'onda, e a seconda del movimento proteico che rileva, quindi trasmette la luce in un altro colore, che possiamo rilevare", ha spiegato il chimico Alexis Vallée-Bélisle, dell'Université de Montréal (UdeM) in Canada.
Nello specifico, il compito dell'antenna è quello di misurare i cambiamenti strutturali nelle proteine nel tempo. Le proteine sono molecole grandi e complesse che svolgono tutti i tipi di compiti essenziali nel corpo, dal supporto del sistema immunitario alla regolazione della funzione degli organi.
Tuttavia, mentre le proteine si affrettano a fare il loro lavoro, subiscono costanti cambiamenti nella struttura, passando da uno stato all'altro in un processo altamente complesso che gli scienziati chiamano dinamica delle proteine. E non abbiamo davvero buoni strumenti per tracciare queste dinamiche proteiche in azione.
"Lo studio sperimentale degli stati transitori delle proteine rimane una sfida importante perché le tecniche ad alta risoluzione strutturale, tra cui la risonanza magnetica nucleare e la cristallografia a raggi X, spesso non possono essere applicate direttamente per studiare stati proteici di breve durata", ha spiegato il team nel suo articolo.
La più recente tecnologia di sintesi del DNA, circa 40 anni di sviluppo, è in grado di produrre nanostrutture su misura di diverse lunghezze e flessibilità, ottimizzate per soddisfare le funzioni richieste.
Un vantaggio che questa antenna di DNA super-piccola ha rispetto ad altre tecniche di analisi è che è in grado di catturare stati proteici di breve durata. Questo, dicono i ricercatori, significa che ci sono molte potenziali applicazioni, sia in biochimica che in nanotecnologia più in generale.
"Ad esempio, siamo stati in grado di rilevare, in tempo reale e per la prima volta, la funzione dell'enzima fosfatasi alcalina con una varietà di molecole biologiche e farmaci", afferma il chimico Scott Harroun, di UdeM. "Questo enzima è stato implicato in molte malattie, tra cui vari tumori e infiammazioni intestinali".
Mentre esplorava "l'universalità" del loro progetto, il team ha testato con successo l'antenna con tre diverse proteine modello, ma c'è potenzialmente molto di più in arrivo, e uno dei vantaggi della nuova antenna è la sua versatilità. Il DNA sta diventando sempre più popolare come elemento costitutivo che possiamo sintetizzare e manipolare per creare nanostrutture come l'antenna in questo studio. La chimica del DNA è relativamente semplice da programmare e facile da usare una volta programmata.
I ricercatori stanno ora cercando di creare una startup commerciale in modo che la tecnologia della nanoantenna possa essere praticamente confezionata e utilizzata da altri, che si tratti di organizzazioni farmaceutiche o di altri gruppi di ricerca.
"Forse ciò che ci entusiasma di più è la consapevolezza che molti laboratori in tutto il mondo, dotati di uno spettrofluorometro convenzionale, potrebbero facilmente impiegare queste nanoantenne per studiare le loro proteine preferite, come identificare nuovi farmaci o sviluppare nuove nanotecnologie", ha affermato Vallée-Bélisle.