Notícia

Reprogramação da forma de capsídeos de vírus pode trazer avanços para desenvolvimento de vacinas e transporte de medicamentos

Fonte

Universidade Aalto

Data

segunda-feira, 24 julho 2023 14:30

Áreas

Bioengenharia. Biologia. Biomedicina. Biotecnologia. Doenças Infecciosas. Engenharia Biológica. Entrega de Medicamentos. Farmacologia. Imunologia. Microbiologia. Nanotecnologia. Proteômica. Química Medicinal. Saúde Pública. Vacinas. Virologia.

Bioengenheiros descobriram uma maneira de programar o tamanho e a forma das partículas do vírus, combinando blocos de construção de proteínas virais e modelos feitos de DNA. As nanoestruturas resultantes podem ter aplicações no desenvolvimento de vacinas e no transporte de medicamentos dentro do corpo.

As proteínas do capsídeo viral – as proteínas que protegem o genoma de um vírus – podem ser usadas para construir montagens de proteínas estruturadas com precisão. Suas formas e geometria, no entanto, dependem muito da cepa do vírus. A reprogramação desses conjuntos, independentemente do projeto viral original, pode ser uma nova possibilidade para a entrega de medicamentos e o desenvolvimento de vacinas.

Os cientistas enfrentaram o desafio gerando um modelo de ‘genoma estruturado’ no qual as proteínas do capsídeo podem se montar. Para evitar deformar o genoma flexível e criar formas indesejadas, eles usaram estruturas rígidas de origami de DNA. Essas estruturas têm apenas dezenas a centenas de nanômetros de comprimento, mas são inteiramente feitas de DNA, que é dobrado com precisão na forma de modelo desejada.

“Nossa abordagem é baseada em interações eletrostáticas entre a carga negativa das nanoestruturas de DNA e um domínio carregado positivamente das proteínas do capsídeo, emparelhado com interações intrínsecas entre as proteínas individuais. Ao alterar a quantidade de proteína usada, podemos ajustar o número de camadas de proteína altamente ordenadas, que encapsulam o origami de DNA”, disse Iris Seitz, autora principal e doutoranda da Universidade Aalto, na Finlândia.

“Ao usar o origami de DNA como modelo, podemos direcionar as proteínas do capsídeo para um tamanho e forma definidos pelo usuário, resultando em montagens bem definidas, tanto em comprimento quanto em diâmetro. Ao testar uma variedade de estruturas de origami de DNA, também aprendemos como a geometria dos modelos afetou toda a montagem”, acrescentou Iris Seitz.

“Com a ajuda de imagens de microscopia eletrônica criogênica, conseguimos visualizar as proteínas altamente ordenadas na montagem e, com isso, medir até mesmo pequenas mudanças na geometria da montagem decorrentes de diferentes modelos”, explicou o professor Dr. Juha Huiskonen, cientista da Universidade de Helsinque.

“Encontramos uma estratégia simples, mas eficaz, para (re)direcionar as proteínas do capsídeo para a forma desejada. Nossa abordagem é adaptável e, portanto, não se limita a um único tipo de proteína do capsídeo, como demonstramos com proteínas do capsídeo de quatro vírus diferentes. Além disso, podemos ajustar nosso modelo para ser mais relevante para o aplicativo, por exemplo, integrando o RNA ao origami, que pode ser posteriormente traduzido em proteínas úteis ou específicas do local”, explicou o Dr. Mauri Kostiainen, professor da Universidade Aalto e líder do projeto de pesquisa.

Embora as estruturas de origami de DNA sejam um material promissor para interfaces de sistemas biológicos, elas sofrem de instabilidade, especialmente na presença de enzimas que degradam o DNA.

Em experimentos, no entanto, “podemos observar claramente que a camada de proteína protege eficientemente as nanoestruturas de DNA encapsuladas da degradação. Ao combinar a proteção com as propriedades funcionais do origami de ácido nucleico, incluindo a possibilidade de fornecer DNA ou RNA mensageiro junto com outras moléculas de carga, acreditamos que nossa abordagem fornece direções futuras interessantes para a Engenharia Biomédica”, concluiu o Dr. Mauri Kostiainen.

A pesquisa foi realizada em conjunto na Universidade Aalto com pesquisadores da Universidade de Helsinque e Universidade Tampere (na Finlândia), Universidade Griffith (na Austrália),  e Universidade de Twente (nos Países Baixos).

Os resultados foram publicados na revista científica Nature Nanotechnology.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Aalto (em inglês).

Fonte: Amanda Alvarez e Tiina Forsberg, Universidade Aalto. Imagem: As nanoestruturas de origami de DNA (em azul) podem ser usadas para programar a forma das partículas do vírus (em cinza). O capsídeo nativo com um diâmetro de 28 nanômetros é mostrado em verde e cinza. Fonte: Dr. Mauri Kostiainen, Universidade Aalto.

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