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NANOBIOTECNOLOGIE/ Portate il Dna nel lab di fisica: usciranno delle nanomacchine

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Capillare in cui le nanostelline di Dna si aggregano formando un tessuto gelatinoso che sedimenta verso il basso  Capillare in cui le nanostelline di Dna si aggregano formando un tessuto gelatinoso che sedimenta verso il basso

C’è un aspetto straordinario dell’interesse che si è recentemente sviluppato attorno al Dna da parte della fisica e della scienza dei materiali e ingegneri: quando le sequenze delle quattro diverse basi che compongono il Dna sono sapientemente selezionate, si autoassemblano spontaneamente delle nanostrutture. Si possono così ottenere delle “supermolecole” che prendono la forma di nanostelline con tre o quattro bracci; queste nanostelline possono attaccarsi tra loro sulle punte dei bracci. Modificando il modo e le condizioni con cui esse si uniscono, si possono produrre strutture liquide oppure di tipo gelatinoso aventi una ampia gamma di proprietà.

A questo risultato è giunto un gruppo interdisciplinare costituitosi all’interno del Dipartimento di Biotecnologie Mediche e Medicina Traslazionale dell’Università di Milano, guidato da Tommaso Bellini e comprendente tra gli altri Roberto Cerbino (fisico) e Rosanna Asselta (biologa molecolare); il team, in collaborazione con fisici teorici dell’Università La Sapienza di Roma, ha iniziato a progettare strutture di Dna che danno luogo a nuovi materiali, come gli stessi scienziati hanno descritto in un articolo recentemente pubblicato su PNAS (Proceedings of the National Academy of Science). Ne abbiamo parlato col professor Bellini.

 

Professore, perché dei fisici e degli scienzati che si occupano di materiali e nanotecnologie rivolgono il loro interesse proprio alla molecola di Dna?

 

Il Dna è un polimero, ovvero una molecola a filamento ottenuta congiungendo tra loro i segmenti elementari che sono le basi azotate. Il Dna ha proprietà veramente straordinarie, non solo perché la sequenza delle basi può contenere il codice genetico, ma anche da un punto di vista strutturale. In effetti la ricerca di questi ultimi dieci anni ha mostrato che nanostrutture anche piuttosto complesse possono essere ottenute mediante combinazione spontanea di filamenti di Dna.

L'uso del Dna per la costruzione di nanostrutture sfrutta diverse proprietà di questa specialissima molecola. È innanzitutto fondamentale la selettività dell'interazione tra due filamenti: quando due filamenti di Dna hanno sequenze di basi complementari formano una doppia elica; se due filamenti sono complementari solo per una frazione della loro lunghezza, si forma una doppia elica solo per la lunghezza di quel segmento. Si possono quindi mescolare tra loro filamenti che sono complementari l'uno all'altro solo in determinate parti della loro sequenza. In questo modo un filamento può legarsi ad un altro in parte della sua lunghezza, ad un terzo in un'altra parte e così via. 

Un'altra importante caratteristica del Dna è che è una molecola molto flessibile quando non forma una doppia elica, che invece è una struttura piuttosto rigida. Quindi quando dei filamenti di Dna trovano altri filamenti a loro complementari si formano doppie eliche e si irrigidisce la struttura.

 

Queste proprietà come sono state sfruttate?

 

Queste proprietà, insieme alla solubilità del Dna in acqua, hanno consentito a diversi gruppi di ricerca a livello internazionale di generare nano strutture di svariatissimo tipo. L'idea è semplicemente di sintetizzare - e al giorno d'oggi è facile - opportuni filamenti di Dna che, una volta solubilizzati in acqua, si trovano e si uniscono laddove le sequenze sono complementari, formando nanocubetti, nanoscritte, nanocapsule, nanolucchetti e nanomacchine. Nelle strutture più complesse si utilizzano decine di filamenti con sequenze diverse, la cui lunghezza tipica è di qualche decina di basi. 

In questo campo, tutta la sapienza è esser capaci di determinare le sequenze della basi nei filamenti costitutivi delle strutture. L'aspetto affascinante è che le nanostrutture si autoassemblano spontaneamente in acqua, semplicemente obbedendo alla regola della complementarietà delle sequenze.

 

Come è nata l’idea di combinare tra loro diversi filamenti di Dna per creare le “supermolecole”?



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