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xna-nucleic-acid

An interactive laboratory simulator for exploring xenonucleic acids (XNA) -- synthetic genetic polymers that transcend natural DNA and RNA. Users can build and visualize TNA, HNA, FANA, LNA, PNA, and Morpholino molecules, compare their properties with natural nucleic acids, design XNAzymes to target cancer mutations, and explore the timeline of FDA-approved oligonucleotide therapeutics.

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O que é isso?

🎯 Dicas do simulador

📚 Glossário

Xenonucleic Acid (XNA)
Qualquer análogo sintético de ácido nucleico com uma estrutura não natural que retém a capacidade de emparelhar bases com DNA, RNA ou outros XNAs e armazenar informações genéticas.
TNA
Ácido Treose Nucleico - XNA baseado em um açúcar treose de quatro carbonos. Mais simples que DNA/RNA e candidato a sistemas genéticos prebióticos.
HNA
Ácido Nucleico Hexitol - XNA baseado em um anel de açúcar hexitol de seis carbonos, formando hélices em forma de A com boa estabilidade de nuclease.
FANA
Ácido 2'-Fluoro-Arabinonucleico - XNA com um átomo de flúor na posição 2' do açúcar arabinose, excelente para catálise XNAzyme e silenciamento de genes.
LNA
Ácido Nucleico Bloqueado - XNA com uma ponte de metileno bloqueando a ribose na conformação C3'-endo, proporcionando afinidade de ligação dramaticamente melhorada (+2-8 graus Celsius por par de bases).
PNA
Ácido Nucleico Peptídico - XNA com estrutura peptídica neutra em vez de açúcar-fosfato, completamente resistente a nucleases e proteases.
Morpholino
Um tipo XNA com estrutura de anel de morfolina e ligações de fosforodiamidato, usado em medicamentos de troca de emenda aprovados pela FDA para distrofia muscular de Duchenne.
Nuclease
Enzima que degrada ácidos nucléicos clivando ligações fosfodiéster. A resistência do XNA às nucleases é uma vantagem importante para aplicações terapêuticas.
Watson-Crick Base Pairing
A ligação de hidrogênio específica entre nucleobases complementares (AT/U e GC) que mantém unidas as duas fitas de uma dupla hélice.
Oligonucleotide Therapeutic
Um medicamento baseado em sequências curtas de ácidos nucleicos sintéticos (normalmente de 15 a 30 nucleotídeos) que modula a expressão gênica por meio de mecanismos como ligação antisense, RNAi ou aptâmero.
Antisense Oligonucleotide (ASO)
Ácido nucleico de fita simples que se liga ao mRNA complementar para bloquear a tradução ou desencadear a degradação, silenciando assim genes específicos.
XNAzyme
Molécula catalítica de XNA capaz de clivar substratos de RNA, análoga às ribozimas naturais, mas com estabilidade aprimorada devido à estrutura não natural.
Aptamer
Uma molécula de ácido nucleico que se dobra em uma forma 3D específica para se ligar a uma molécula alvo com alta afinidade, funcionando como um anticorpo. Os aptâmeros XNA têm estabilidade superior.
Polymerase
Enzima que sintetiza fitas de ácido nucleico a partir de um modelo. As polimerases projetadas são necessárias para replicar o XNA, pois as polimerases naturais não podem processar estruturas não naturais.
Nuclease Resistance
A capacidade de um ácido nucleico resistir à degradação por enzimas nucleases, uma propriedade crítica para ácidos nucleicos terapêuticos que devem sobreviver no corpo.
Splice Switching
Mecanismo terapêutico onde os oligonucleotídeos se ligam aos locais de splicing do pré-mRNA para alterar os padrões de splicing do mRNA, restaurando a produção de proteínas funcionais em doenças genéticas.
Phosphorothioate
Uma modificação química em que um oxigênio na estrutura fosfodiéster é substituído por enxofre, conferindo resistência à nuclease e a modificação mais amplamente utilizada em medicamentos oligonucleotídicos antisense.
siRNA
RNA interferente pequeno, uma classe de moléculas de RNA de fita dupla (20-25 nucleotídeos) que silenciam a expressão gênica através da via de interferência do RNA. Patisiran (Onpattro) foi o primeiro medicamento siRNA aprovado pela FDA.
Gene Silencing
O processo de redução ou eliminação da expressão de um gene específico, alcançado através de oligonucleotídeos antisense, siRNA ou XNAzymes que têm como alvo sequências complementares de mRNA.
Orthogonal Genetic System
Um sistema genético sintético que opera independentemente do DNA/RNA natural, usando XNA e enzimas projetadas. Os sistemas ortogonais permitem a biocontenção e novas funções biológicas sem interferir na genética do hospedeiro.
SELEX
Evolução Sistemática de Ligantes por Enriquecimento Exponencial, uma técnica de laboratório para evolução de aptâmeros e moléculas XNA com ligação específica ou propriedades catalíticas por meio de rodadas iterativas de seleção e amplificação.
Nucleotide
O bloco de construção básico dos ácidos nucléicos, consistindo em uma base nitrogenada, um açúcar (ou análogo do açúcar em XNA) e um grupo fosfato (ou análogo). Os nucleotídeos XNA diferem dos naturais em seu componente açúcar.
Backbone
A cadeia repetida de açúcar-fosfato que forma a estrutura estrutural dos ácidos nucléicos. XNA é definido por ter um backbone alternativo (não natural), mantendo a capacidade de emparelhamento de bases.
Oligonucleotide
Um polímero de ácido nucleico curto, normalmente com 15 a 50 nucleotídeos de comprimento, usado em terapêutica, diagnóstico e pesquisa. A maioria dos medicamentos oligonucleotídicos contém modificações químicas para estabilidade.
RNase H
Enzima celular que degrada a fita de RNA de um duplex RNA-DNA. Oligonucleotídeos antisense que formam duplexes com mRNA alvo podem recrutar RNase H para clivar e silenciar o gene alvo.
Melting Temperature (Tm)
A temperatura na qual 50% dos duplexes de ácidos nucleicos se dissociam em cadeias simples. Tm mais alto indica ligação mais forte do par de bases. As modificações do LNA aumentam a Tm em 2-8 graus Celsius por nucleotídeo.
Miravirsen
A primeira terapêutica baseada em LNA a entrar em ensaios clínicos, visando o microRNA-122 para o tratamento da hepatite C. Demonstrou a viabilidade clínica de modificações de ácidos nucleicos bloqueadas no desenho de medicamentos antisense.
Nusinersen (Spinraza)
Um medicamento oligonucleotídeo antisense aprovado pela FDA para atrofia muscular espinhal que usa modificações de 2'-O-metoxietil. Ele corrige o splicing do pré-mRNA SMN2 para produzir proteína SMN funcional, transformando os resultados dos pacientes.

🏆 Figuras-chave

Philipp Holliger (2012)

Liderou a pesquisa inovadora no Laboratório de Biologia Molecular do MRC, demonstrando que seis tipos diferentes de XNA podem armazenar informações genéticas, ser replicados por polimerases projetadas e sofrer evolução darwiniana, publicada na Science em 2012.

Albert Eschenmoser (1990s-2000s)

Conduziu estudos sistemáticos na ETH Zurique explorando estruturas alternativas de açúcar para ácidos nucleicos, incluindo a síntese e caracterização de TNA (ácido treose nucleico), fornecendo química fundamental para o campo XNA.

Peter Nielsen (1991)

Inventou o ácido nucleico peptídico (PNA) na Universidade de Copenhague em 1991, criando o primeiro análogo de ácido nucleico com uma estrutura completamente sem açúcar e sem fosfato, demonstrando que o reconhecimento genético não requer a estrutura natural.

Jesper Wengel (1998)

Desenvolveu o Ácido Nucleico Bloqueado (LNA) na Universidade do Sul da Dinamarca, criando um nucleotídeo modificado com afinidade de ligação dramaticamente melhorada que se tornou uma das modificações mais amplamente utilizadas na terapêutica de oligonucleotídeos.

Stanley Crooke (1989-present)

Fundou a Ionis Pharmaceuticals e foi pioneira na terapêutica de oligonucleotídeos antisense, desenvolvendo vários medicamentos aprovados pela FDA, incluindo nusinersen (Spinraza) para atrofia muscular espinhal, demonstrando o potencial clínico dos ácidos nucleicos modificados.

John Chaput (2010s-present)

Avançou o desenvolvimento de polimerases de TNA e demonstrou a evolução do aptâmero de TNA na Universidade da Califórnia, Irvine, expandindo a utilidade prática do ácido nucleico treose para aplicações biotecnológicas.

Vitor Pinheiro (2012)

Pesquisador-chave do laboratório de Holliger que projetou as polimerases capazes de sintetizar e transcrever reversamente vários tipos de XNA, permitindo a demonstração marcante da hereditariedade e evolução do XNA.

🎓 Recursos de aprendizagem

💬 Mensagem aos estudantes

{'encouragement': "You are exploring a frontier where chemistry meets biology meets medicine. XNA shows us that life's genetic code is not limited to DNA and RNA -- there are whole new alphabets waiting to be discovered. Your curiosity about these alternative genetic systems puts you at the cutting edge of science.", 'reminder': 'Over 25 FDA-approved drugs already use modified nucleic acid chemistry, treating diseases from spinal muscular atrophy to hereditary blindness. The XNA science you are learning about here is not theoretical -- it is saving lives right now and will save many more in the coming decades.', 'action': 'Start by selecting TNA in the simulator and building a short sequence. Compare its properties with natural DNA. Then explore FANA and try the XNAzyme lab to see how artificial enzymes can target cancer mutations. Each XNA type has unique strengths -- discover what makes each one special.', 'dream': 'We dream of a world where XNA-based medicines are affordable and accessible to patients everywhere, where genetic diseases that devastate communities in the developing world are treated with precision therapies, and where every student can explore the molecular diversity of life.', 'wiaVision': 'WIA Book believes that the future of medicine is written in alternative genetic codes, and that understanding these codes should be a right, not a privilege. Through free, interactive simulators in 206 languages, we are bringing the XNA revolution to every learner on the planet.'}

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