Crean una cadena de anillos de ADN para máquinas moleculares

La nanotecnología de ADN es una rama de la nanotecnología que combina la biología, la física, la química y la ciencia de los materiales, y que utiliza las propiedades moleculares del ADN y otros ácidos nucleicos para crear estructuras artificiales minúsculas, fabricadas con ADN. En este campo, el ADN se usa como material estructural, y no como portador de información genética.

Aprovechando la capacidad de auto-ensamblaje que presentan las cepas naturales del ADN, los científicos Alexander Heckel y Thorten Schmidt, de la Universidad Goethe de Alemania, han conseguido crear dos anillos de ADN de tan sólo 18 nanómetros (un nanómetro equivale a la billonésima parte de un metro) de tamaño cada uno, y entrelazarlos entre sí como si fueran los dos eslabones de una cadena.

Según publica la Universidad Goethe en un comunicado, la estructura creada ha sido bautizada como “catenan”, nombre tomado del término latino “catena” (cadena).

Componentes de futuras máquinas moleculares

Desde una perspectiva científica, “catenan” supone un hito en el campo de la nanotecnología de ADN, dado que su estructura, al contrario que la mayoría de las nanoarquitecturas de ADN creadas hasta ahora, no constituye una formación fija sino que, en función de las condiciones ambientales, puede adaptarse libremente.

Gracias a esta característica, en un futuro, estos anillos encadenados podrían sumarse a los componentes de máquinas moleculares o de motores moleculares.

Según Heckel: “Todavía nos queda un largo camino por delante antes de que estructuras de ADN como “catenan” puedan ser aplicadas a objetos cotidianos, pero en un futuro cercano estas estructuras podrían ser utilizadas para el estudio de proteínas y otras moléculas demasiado pequeñas como para ser manipuladas directamente”.

En este sentido, las nanoarquitecturas de ADN podrían convertirse en una versátil herramienta dentro del mundo nanométrico, que resulta de muy difícil acceso por su tamaño.

Para la fabricación de los anillos, los científicos aprovecharon las pautas de emparejamiento de cuatro nucleobases de ADN. Estas nucleobases son las partes del ADN implicadas en los emparejamientos de las hebras de ADN, es decir, son las que hacen posible que dos hebras de ADN se interconecten.

Empalmes espontáneos

Para reproducir este proceso natural de manera artificial, el truco radica en crear secuencias de hebras de ADN relacionadas entre sí, de tal manera, que se asegure que la estructura se “autoconstruya” o se autoensamble a través de sus nucleobases, sin necesidad de intervención directa por parte de los científicos.

Sólo con que ciertas partes de las hebras utilizadas se complementen entre sí, se generan las bifurcaciones y empalmes necesarios, explican los investigadores.

Schmidt y Heckel señalan, en un artículo publicado por la revista Nano Letters, que para la fabricación de “catenan”, fueron creados en primer lugar dos fragmentos de ADN con forma de C.

Con la ayuda de moléculas especiales que actuaron como “pegamento” de la doble hélice de ADN, a continuación los investigadores dispusieron cada una de estas “Cs” con sus extremos abiertos apuntando en dirección a la otra.

Una vez unidas las dos “Cs”, Schmidt y Heckel añadieron dos hebras que se acoplaron a los extremos abiertos de ambos fragmentos, para cerrarlos y formar los anillos concatenados.

También en 3D

Dado que la estructura resultante es mucho menor que las longitudes de onda de luz visible, los anillos no pudieron ser observados con un microscopio estándar, sino con un microscopio de sonda de barrido (SPM), que utiliza una sonda que recorre la superficie del objeto a estudiar, aumentando la imagen en 10.000.000 de nanómetros.

El avance de Schmidt y Heckel ha coincidido en el tiempo con el desarrollo de un método, por parte de investigadores de la Universidad de Arizona, que permite plegar el ADN en formas tridimensionales, también a escala nanométrica.

Desde 2006, existe una técnica, conocida como “origami de ADN”, que consiste en plegar a nanoescala el ADN para crear formas arbitrarias. Lo que han conseguido los investigadores de la Universidad de Arizona es mejorar esta técnica para crear formas en tres dimensiones, publica dicha universidad en un comunicado.

Según SINC, para ello, los científicos analizaron los componentes de la forma de su objeto, diseñaron las dobles hélices de ADN que podían plegarse y siguieron esas curvas.

Después, introdujeron la curvatura tridimensional. Esta nueva propuesta podría proporcionar a la ingeniería molecular una nueva manera para hacer estructuras que interactúen como moléculas biológicas.

Aplicaciones de la nanotecnología de ADN

La fabricación de nanoformas en 3D cerradas, como una esfera, supondría importantes posibilidades para la tecnología, particularmente en el terreno de la biomedicina. Las nanoesferas podrían ser, por ejemplo, introducidas en células vivas, para soltar dentro de éstas su contenido, al entrar en contacto con endonucleasas y otros componentes.

Otra estrategia posible sería usar estas esferas como nanoreactores, puntos en que productos químicos o grupos funcionales pudiesen reunirse para acelerar reacciones o llevar a cabo otras manipulaciones químicas, explican los científicos de la Universidad de Arizona.

Pero, además, las formas diminutas generadas con nanotecnología de ADN podrían aplicarse a una amplia gama de dispositivos, desde componentes computacionales ultra-finos, hasta centinelas nanomédicos utilizados para apuntar y destruir células malignas o para suministrar medicamentos a un nivel celular e incluso molecular.