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Nanoconstrucción con ADN curvo
La nanotecnología del ADN utiliza las propiedades físicas únicas de las moléculas de ADN para diseñar y crear estructuras a nanoescala, con la esperanza de algún día crear pequeñas máquinas que funcionen juntas como las partes de una célula. Pero uno de los desafíos del campo es encontrar formas de diseñar y diseñar estructuras de ADN con alta precisión. Un estudio reciente publicado en Ciencias marca un gran avance en la capacidad de los investigadores para dar forma al ADN; describe una forma de construir formas de ADN tridimensionales con elaborados giros y curvas con una precisión sin precedentes, desarrollado por científicos de Harvard y la Universidad Técnica de Munich en Alemania.
Piñón fijo: Un nuevo método para diseñar formas tridimensionales a partir de ADN permite crear piezas curvas, incluido este engranaje a nanoescala de doce dientes.
Hao Yan , profesor de bioquímica en la Universidad Estatal de Arizona que no participó en el estudio, dice que el trabajo agrega un nivel clave de control sobre los métodos anteriores. Creo que podemos decir que es posible crear cualquier tipo de arquitectura utilizando ADN, dice.
Una ventaja clave de utilizar ADN como material de construcción es que es programable. Las moléculas de ADN constan de cadenas de bases de nucleótidos enlazadas de cuatro tipos: A, T, G y C. Estas bases se adhieren a las bases de otra cadena de ADN siguiendo una regla simple: A se empareja con T y C se empareja con G. Al crear Secuencias de ADN con bases complementarias en diferentes hebras, por lo que es posible diseñar moléculas de ADN que se autoensamblen en ciertas formas de acuerdo con reglas predecibles.
El trabajo anterior utilizó un método llamado origami de ADN para diseñar formas bidimensionales a partir del ADN; Otros estudios se han basado en este enfoque para crear formas en tres dimensiones. El origami de ADN utiliza una hebra de ADN muy larga, llamada andamio, y cientos de hebras más cortas, llamadas grapas. Las grapas se unen al andamio en ciertos sitios según su secuencia, pellizcando el andamio y forzándolo a doblarse hacia atrás muchas veces para crear una hoja con una forma particular.
El Ciencias El estudio amplía el trabajo del mismo equipo de investigadores, adaptando el método de origami de ADN para crear formas tridimensionales más complejas. Anteriormente, el equipo diseñó ADN para formar hélices agrupadas por hebras de grapas reticuladas en una red en forma de panal. En el estudio actual, los investigadores introdujeron curvas y giros en estas formas agregando o eliminando bases en ciertos puntos del andamio, cambiando las fuerzas locales que las hélices ejercen entre sí y obligando a toda la estructura a curvarse hacia la derecha o hacia la izquierda. Descubrieron que podían controlar el grado de curvatura con mucha precisión, logrando curvas pronunciadas similares a las del ADN fuertemente enrollado que se encuentra en las células.
Los investigadores crearon objetos que incluyen engranajes a nanoescala, una cápsula con forma de pelota de playa de estructura metálica y triángulos con lados cóncavos o convexos. Shawn Douglas , coautor de la Universidad de Harvard, desarrolló un programa de diseño asistido por computadora disponible públicamente que puede servir como una interfaz visual para diseñar las formas del ADN.
Moléculas flexibles: Se puede hacer que un paquete de hélices de ADN (fila superior) se doble en ángulos precisos (las otras filas) introduciendo o eliminando pares de bases en la secuencia de ADN.
William Shih , coautor del estudio y profesor asistente de química biológica y farmacología molecular de la Escuela de Medicina de Harvard, dice que la capacidad de hacer estructuras curvas agrega un elemento importante a la caja de herramientas de nanociencia del ADN. Señala que los objetos como anillos, resortes y engranajes son importantes para las máquinas en la macroescala, mientras que las células también contienen elementos con partes curvas, lo que sugiere que estas propiedades son importantes en la nanoescala. Si no tuviéramos esta capacidad de construcción general, estaríamos en desventaja en nuestra capacidad para construir dispositivos útiles, dice.
Chengde Mao , profesor asociado de química analítica en la Universidad de Purdue, considera que el logro es sorprendente y dice que su propio laboratorio ha intentado hacer estructuras similares y ha fallado. Dice que no solo el trabajo muestra que el ADN se puede torcer y doblar en grados extremos, sino que una de las cosas buenas es que es una curva realmente suave, mientras que otros intentos han dado como resultado formas pixeladas.
Las aplicaciones prácticas de la técnica aún no están claras, pero hay muchas posibilidades. Dado que las formas de ADN descritas en el Ciencias Los papeles son del tamaño de un virus promedio, Shih dice que tal vez podrían diseñarse para ingresar a una célula como un virus a fin de liberar una droga. Las partes de ADN también podrían usarse para diseñar electrónica molecular, que algún día podría ofrecer un nuevo nivel de miniaturización para computadoras más rápidas.
Yan dice que el estudio se suma a las impresionantes capacidades del ADN, pero agrega que los científicos deben estudiar estas estructuras más a fondo para ver qué tan estables son y qué tan bien se mantienen en el tiempo.