RICERCA ITALIANA     

21 Gennaio 2008

L'altra vita del DNA: materia prima per nanotech

Oltre l’immagine della doppia elica, oltre la conoscenza della struttura atomica del Dna, un nuovo studio è riuscito a penetrare ancora più in profondità nella molecola chiave della vita, svelando come si distribuiscono e si propagano gli elettroni lungo le sue catene.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Materials e sono il frutto di una collaborazione internazionale che vede, in prima fila, un gruppo del Centro S3 di Modena per le nanoStrutture e bioSistemi sulle Superfici dell’Istituto Nazionale per la Fisica della Materia del Consiglio nazionale delle ricerche (Infm-Cnr), guidato da Rosa Di Felice, e un gruppo della Hebrew University di Gerusalemme, guidato da Danny Porath.

L’interesse di questa nuova conoscenza è ampio. Per la biologia e la medicina approfondisce la possibilità di comprendere i meccanismi con cui il Dna “ripara” gli errori di replicazione, evitando molte malattie e, in particolare, i tumori.
Ma nel campo delle nanotecnologie il Dna è considerato un “materiale” di base per costruire nuovi sistemi e nuovi dispositivi capaci di autoassemblarsi e autoregolarsi.
Questo, in effetti, l’obiettivo primo della ricerca, come ci spiega Rosa Di Felice.

“Il nostro interesse mirava a indagare la struttura elettronica del Dna in vista di applicazioni in nanodispositivi elettronici. Una strada che, in prospettiva, ci porterà a sostituire i transistor di oggi con elementi sempre più piccoli e sofisticati, costruiti non più con silicio, ma con molecole biologiche capaci di fabbricare spontaneamente i dispositivi e circuiti”.

Erano anni che si tentava di conoscere questi aspetti elettronici del Dna e siete riusciti ad arrivare al traguardo per primi. Con quali metodi?
“Abbiamo lavorato in una grande squadra internazionale. A Gerusalemme e a Modena abbiamo ideato il piano di lavoro. A Tel Aviv sono stati costruiti i frammenti di Dna. A Gerusalemme sono state eseguite le misure di spettroscopia per mezzo di un microscopio a scansione a effetto tunnel. Il Cineca di Bologna ha permesso di elaborare i dati con codici di calcolo adattati, in modo specificio, alla complessità di questa ndagine. A Modena, infine, la raccolta, l’analisi e l’interpretazione dei dati elaborati”.

Che tipo di Dna avete utilizzato?
“Avevamo bisogno di sequenze semplici e uniformi, e a Tel Aviv sono state sintetizzate catene di sola guanina e citosina in un laboratorio di biochimica. Questi frammenti sono stati depositati su una superficie d’oro e poi congelati a temperature molto basse (–200°C circa) in modo da ridurre al minimo il ‘rumore di fondo’ dovuto alle vibrazioni spontanee degli atomi.
La spettroscopia elettronica a effetto tunnel ci ha poi permesso di misurare le deboli correnti elettriche attraverso la singola molecola di Dna, per mezzo di una punta metallica della dimensione di pochi atomi. Le simulazioni al calcolatore hanno rivelato quali componenti dell’elica sono responsabili del passaggio di tali correnti.
Questa ricerca fa parte di un lavoro ad ampio spettro su varie forme di DNA sintetico, che vanno da doppie eliche di DNA metallizzato o rivestito di guaine polimeriche a quadruple eliche di guanine, indagate per la ricerca di un materiale piu' conduttivo del DNA naturale”.

Possibili sviluppi di questa ricerca?
“Il pensiero corre alle applicazioni in medicina, per tutte le malattie legate a rotture e mancato riparo del Dna. Ma nella nostra prospettiva il valore del Dna sta soprattutto nell’uso potenziale nel campo di quelle bio-nano-tecnologie su cui si basa la prossima rivoluzione tecnologica.
C’è inoltre il valore intrinseco nella messa a punto di metodi per rivelare le proprietà della materia nella scala nanometrica (un milionesimo di metro). Anche per questi motivi i nostri studi sono di interesse per la Commissione Europea, da cui abbiamo avuto finanziamenti, negli ultimi quattro anni, per la ricerca tecnico-sperimentale su nanofili e nanodispositivi basati su Dna”.