211service.com
Bloques de construcción de ADN
Durante años, algunos investigadores han sugerido que el ADN podría usarse para crear estructuras complejas de autoensamblaje e incluso máquinas a nanoescala. De hecho, ya se han creado formas simples, como cubos, y dispositivos simples, como pinzas, hechos de ADN. Pero los escépticos han cuestionado si el ADN tiene la estabilidad necesaria para dispositivos más sofisticados.
Ahora, investigadores de la Universidad de Oxford han desarrollado bloques de construcción rígidos a partir de ADN que pueden diseñarse para autoensamblarse en estructuras más complejas. Estos bloques, que tienen forma de pirámides, ya han demostrado su utilidad al permitir las primeras mediciones de la cantidad de fuerza que el ADN puede soportar sin deformarse, según los investigadores.
Andrew Turberfield, profesor de física en Oxford e investigador involucrado en el trabajo, dice que es uno de los pocos ejemplos del uso de una nanoestructura de ADN para permitirle hacer algo que no podía hacer antes. No solo se ve bonito, en realidad es útil.
Las nuevas mediciones muestran que el ADN es un material relativamente fuerte, dice Chris Dwyer, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Duke, que también trabaja en el autoensamblaje del ADN. Esto solidifica el argumento de que seremos capaces de utilizar el autoensamblaje del ADN para estructuras más complejas.
El ADN es un material atractivo para los dispositivos autoensamblados porque su secuencia de bases, que en el cuerpo sirven como código genético, puede programarse. Al modificar este código, los investigadores pueden determinar cómo se combinarán los hilos cuando se agreguen a una solución.
En el trabajo en Oxford, cuatro hebras de ADN sirvieron de base para las pirámides. Cada hebra forma una cara triangular. Los bordes de estos triángulos tienen secuencias abiertas de piezas de rompecabezas que se unen a otro borde de un triángulo. Cuando estos bordes se encuentran, los triángulos se pliegan en forma de pirámide. Simplemente mezclando el número correcto de diferentes hebras, los investigadores han construido trillones de pirámides, y en solo segundos.
Estas estructuras simples pueden resultar útiles como contenedores, quizás para la administración de fármacos en el cuerpo. Pero también son estructuras rígidas que podrían ser un punto de partida para muchas otras estructuras más complejas. Para lograr que estos bloques de construcción se ensamblen en estructuras más complejas, los investigadores de Oxford nuevamente recurrieron al ADN. Incorporaron hebras sueltas en las estructuras con secuencias diseñadas para unirse a hebras sueltas en pirámides vecinas.
Hasta ahora, han usado esta técnica solo para formar pares de pirámides. Pero dicen que debería ser posible juntar a muchos más. Al variar las secuencias utilizadas y dónde se colocan en las pirámides, como en los bordes o los puntos, los investigadores dicen que sus pirámides podrían autoensamblarse en una variedad de formas. Esperan que el ADN pueda servir fácilmente como un andamio para organizar otros materiales.
Es una excelente manera de diseñar una arquitectura con precisión esencialmente atómica, dice Turberfield, pero para hacer algún tipo de dispositivo molecular útil, es casi seguro que querrá vincular otras cosas, por ejemplo, componentes electrónicos moleculares, con andamios como esto para hacer un dispositivo completo. Dichos componentes podrían incluir nanocables, que podrían conducir a circuitos tridimensionales, quizás para computadoras densas y poderosas. También podrían incorporar moléculas biológicas para detectar o emitir fluorescencia de sustancias químicas para aplicaciones de imágenes.
La mayor ventaja de estas pirámides puede ser en realidad su falta inicial de complejidad. Patrick Doyle, profesor de ingeniería química del MIT que estudia la dinámica del ADN, dice que el diseño es bastante elegante.
En el pasado, las estructuras de ADN tridimensionales se construían con una minuciosa serie de pasos y, en última instancia, producían pocas copias. Sin embargo, estas pirámides, que se forman con la ayuda de calentamiento y luego enfriar las hebras de ADN, requieren solo un paso para ensamblarse y producen rendimientos mucho más altos.
Una de las virtudes de esta estructura es la extrema simplicidad y el muy alto rendimiento y velocidad de síntesis, dice Turberfield. Si quieres un bloque de construcción para hacer muchas otras cosas, no querrás estar trabajando duro en la construcción del bloque de construcción, quieres que sea fácil. Luego, puedes continuar con las cosas más difíciles, vinculándolas más tarde.