Tendencias21
Crean un sistema para fabricar nanodispositivos de ADN 'dinámicos'

Crean un sistema para fabricar nanodispositivos de ADN 'dinámicos'

Científicos alemanes han diseñado un nuevo sistema para crear nanodispositivos de ADN, que reducen los tiempos de autoensamblaje de las piezas y permiten reconfiguraciones sencillas, gracias a que los enlaces que se forman entre las ‘piezas’ son más débiles. Estos nanodispositivos ‘dinámicos’ pueden ser un robot con brazos móviles, un libro que se abre y se cierra o un engranaje conmutable.

Crean un sistema para fabricar nanodispositivos de ADN 'dinámicos' Los últimos nanodispositivos de ADN creados en la Universidad Técnica de Múnich (UTM) incluyen un robot con brazos móviles, un libro que se abre y se cierra, un engranaje conmutable, y un actuador, y pueden ser intrigantes por sí solos, pero esa no es la cuestión, según informa la propia universidad : Suponen un gran avance en la ciencia que usa el ADN como material de construcción programable para estructuras y máquinas de estructura nanométrica.

Los resultados, publicados en la revista Science, revelan un nuevo enfoque para unir -y reconfigurar- unidades de construcción 3D modulares, encajando formas complementarias en lugar de comprimir entre sí cadenas de pares de bases. Esto no sólo abre el camino a nanomáquinas reales con partes móviles, sino que también ofrece un conjunto de herramientas que hace que sea más fácil programar su auto-ensamblaje.

El campo conocido popularmente como «origami de ADN», en referencia al arte tradicional japonés del plegado de papel (papiroflexia), está avanzando rápidamente hacia las aplicaciones prácticas, según el profesor Hendrik Dietz, de la UTM. A principios de este mes, Dietz fue galardonado con el premio de investigación más importante de Alemania, el premio Gottfried Wilhelm Leibniz, por su papel en este proceso.

En los últimos años, Dietz y su equipo han sido responsables de los principales pasos hacia estas aplicaciones: dispositivos experimentales, incluyendo un canal de membrana sintética hecho de ADN; descubrimientos que reducen el tiempo necesario para los procesos de autoensamblaje, de una semana a un par de horas, y permiten rendimientos cercanos al 100%; pruebas de que se pueden montar estructuras extremadamente complejas, con precisión subnanométrica.

Sin embargo, todos esos avances emplearon el «apareamiento de bases» para determinar cómo las hebras y ensamblajes de ADN individual se unirían con otras en solución. Lo nuevo es el «pegamento».

«Una vez que se construye una unidad con pares de bases», explica Dietz, «es difícil de romper. Así que las estructuras dinámicas realizadas con ese enfoque tendían a ser estructuralmente simples.»

Para permitir una gama más amplia de nanomáquinas de ADN con piezas móviles y capacidades potencialmente útiles, el equipo adaptó dos técnicas más de la caja de herramientas biomolecular de la naturaleza: la forma en que las proteínas utilizan la complementariedad de la forma para simplificar el acoplamiento con otras moléculas, y su tendencia a formar enlaces relativamente débiles que pueden romperse fácilmente cuando ya no sean necesarios. Flexibilidad bioinspirada

Para los experimentos publicados en Science, Dietz y sus colegas se inspiraron en un mecanismo que permite a las moléculas de ácido nucleico unirse a través de interacciones más débiles que el apareamiento de bases.

En la naturaleza, los enlaces débiles se pueden formar cuando la enzima basada en ARN RNasa P «reconoce» el llamado ARN de transferencia; las moléculas son acercadas lo suficiente, como una nave espacial atracando, por sus formas complementarias.

La nueva tecnología del laboratorio de Dietz imita este enfoque. Para crear una nanomáquina de ADN dinámica, los investigadores comienzan programando el auto-ensamblaje de bloques de construcción en 3D que están diseñados para encajar. Un mecanismo de unión débil y de corto alcance, llamado apilamiento nitrogenado de unión de corto alcance puede activarse para colocar estas unidades en su lugar. Tres métodos diferentes están disponibles para controlar la forma y la acción de los dispositivos hechos de esta manera.

«Lo que esto nos ha dado es una jerarquía de los niveles de las fuerzas de interacción», dice Dietz, «y la capacidad de posicionar -justamente donde los necesitamos- dominios estables que pueden reconocer e interactuar con compañeros de unión». El equipo realizó una serie de dispositivos de ADN -que van desde filamentos a escala micrométrica que podrían prefigurar «flagelos» tecnológicos hasta máquinas a escala nanométrica con partes en movimiento- para probar las posibilidades y comenzar a probar los límites.

Por ejemplo, micrografías electrónicas de transmisión de un robot humanoide tridimensional y a nanoescala confirman que las piezas encajan exactamente como fueron diseñadas. Además, muestran cómo un método de control simple -cambiar la concentración de iones positivos en solución- puede cambiar de forma activa entre diferentes configuraciones: montado o desmontado, con «brazos» abiertos de par en par o descansando a los lados del robot.

Juego de niños

Hay otra dimensión en la flexibilidad obtenida mediante la adición de componentes de forma complementaria y unión débil. La programación de autoensamblaje por apareamiento de bases solamente es como escribir código de computadora en lenguaje de máquina. La esperanza es que este nuevo enfoque haga más fácil doblar el origami de ADN para fines prácticos, de la misma forma que la llegada de los lenguajes de programación de alto nivel estimuló avances en la ingeniería de software.

Dietz lo compara con la construcción de juguetes de niños, como Lego: «Usted diseña los componentes para que sean complementarios, y eso es todo. Se acabaron las secuencias de pares de bases para conectar componentes.» Referencia bibliográfica:

Thomas Gerling, Klaus F. Wagenbauer, Andrea M. Neuner, Hendrik Dietz: Dynamic DNA devices and assemblies formed by shape-complementary, non–base pairing 3D components. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aaa5372.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Los africanos usaban arcos y flechas hace 74 mil años 24 marzo, 2024
    El uso se arcos y flechas se ha constatado en africanos hace 74.000 años: dejaron constancia de armas puntiagudas usadas para la caza y, después de la erupción del supervolcán Toba en Indonesia que provocó una sequía, también para pescar en un río etíope.
    N+1/T21
  • Descubren al delfín de río más grande de la historia 23 marzo, 2024
    Un equipo de científicos ha descubierto en la Amazonía peruana los fósiles del delfín de río más grande de la Tierra. Era un pariente cercano de los delfines asiáticos y no de los delfines amazónicos que hoy habitan las aguas dulces de América del Sur.
    N+1/T21
  • Detectan emisiones de radio similares a auroras sobre las manchas solares 22 marzo, 2024
    Los astrónomos han observado explosiones de radio duraderas similares a auroras sobre una mancha solar: el descubrimiento podría ayudarnos a comprender mejor al Sol, así como facilitar la identificación de estrellas distantes que producen emisiones de radio similares.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren un material que se hace más fuerte con cada golpe 22 marzo, 2024
    Un nuevo material elástico presenta una increíble "durabilidad adaptativa": cada vez que se cae o se golpea, su fuerza se incrementa y se vuelve más difícil de romper. Podría ser de gran utilidad en futuros dispositivos electrónicos como nuevos teléfonos móviles, relojes inteligentes o tabletas, que están continuamente expuestos a todo tipo de golpes. Además, […]
    Pablo Javier Piacente
  • El Arco de Gibraltar está migrando desde el Mediterráneo hacia el Atlántico 22 marzo, 2024
    Una zona de subducción que se origina en el Mediterráneo occidental se está moviendo desde la región franco-española hacia el sur. Actualmente está a la altura de la frontera entre España y Portugal y se propaga hacia el Atlántico bajo el Estrecho de Gibraltar.
    JGU/T21
  • Antiguas canoas revelan cómo los marinos del Neolítico surcaron el Mediterráneo 21 marzo, 2024
    Una nueva investigación liderada por Juan Gibaja, del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, y publicada recientemente en la revista PLOS One, arroja luz sobre las primeras embarcaciones neolíticas en el Mediterráneo: las excavaciones en el pueblo de agricultores de la Edad de Piedra de La Marmotta, en Italia, han permitido recuperar cinco […]
    Pablo Javier Piacente
  • En los próximos meses, una "nueva estrella" iluminará el cielo nocturno 21 marzo, 2024
    Los científicos de la NASA han informado que durante este año el sistema estelar T Coronae Borealis podrá verse a simple vista en el cielo nocturno, luego de una violenta explosión cósmica que tendrá lugar en algún momento en los próximos seis meses. La “nueva estrella” en el cielo podrá apreciarse sin la ayuda de […]
    Pablo Javier Piacente
  • La Antártida puede perder su neutralidad y su actividad exclusivamente científica 21 marzo, 2024
    El cambio climático y la creciente demanda de recursos está sacudiendo de la Antártida como continente neutral y exclusivamente científico. La rivalidad entre potencias ha comenzado a hacerse presente en las costas antárticas.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Los primeros recuerdos son solo reconstrucciones mentales 21 marzo, 2024
    Lejos de ser grabaciones fidedignas de la realidad, los primeros recuerdos son más bien un mosaico compuesto por experiencias reales, narrativas familiares y reconstrucciones mentales. A medida que crecemos, este mosaico se enriquece y se transforma, pero los fragmentos de nuestra primera infancia permanecen, en gran medida, como piezas imaginadas en un rompecabezas de la […]
    Redacción T21
  • Los vínculos sociales alinean a las personas en la misma longitud de onda 20 marzo, 2024
    El vínculo social mejora el intercambio de información y sincroniza las actividades cerebrales entre el líder de un grupo y sus seguidores, colocando a todo el grupo en la misma longitud de onda cerebral, según un nuevo estudio de sincronización neuronal.
    Pablo Javier Piacente