Los científicos de la Universidad de Illinois han descubierto que el ADN puede dar forma a las nanopartículas de oro, del mismo modo que conforma la síntesis de proteínas. Gráfico: Li Huey Tan, Zidong Wang and Yi Lu. Fuente: Universidad de Illinois.
El Ácido desoxirribunocleico o ADN contiene instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. Ahora, en una investigación sorprendente, se ha descubierto que, además, el ADN puede dar forma a estructuras metálicas del mismo modo que conforma la síntesis de proteínas.
Un equipo de científicos de la Universidad de Illinois, en Estados Unidos, constató en diversos experimentos realizados que segmentos de ADN dirigen la conformación de, concretamente, nanopartículas de oro, que son cristales finos de este metal cuyas aplicaciones se extienden ya a la medicina, la electrónica o la catálisis.
Dirigidos por Yi Lu, profesor de química de dicha Universidad, el equipo ha publicado sus descubrimientos en la revista Angewandte Chemie.
Controlar la producción de nanopartículas
“La síntesis de nanopartículas codificadas por ADN nos puede proporcionar una fórmula sencilla aunque novedosa de producción de nanopartículas con formas y propiedades predecibles”, explica Lu en un comunicado de la Universidad de Illinois.
“Un descubrimiento de estas características tiene un impacto potencial en bio-nanotecnología, así como aplicaciones en nuestra vida cotidiana, en terrenos como la catálisis o la medicina”, añade el investigador.
Actualmente, las nanopartículas de oro tienen amplias aplicaciones tanto en biología como en ciencias de los materiales gracias a sus propiedades fisicoquímicas únicas.
Dado que estas propiedades vienen determinadas principalmente por la forma y el tamaño de las nanopartículas, resulta clave poder controlar sus características para adecuarlas a aplicaciones específicas.
“Nos preguntamos si diferentes combinaciones de secuencias de ADN podrían constituir ‘códigos genéticos’ que dirigieran la síntesis de los nanomateriales de manera similar a como dirigen la síntesis de proteínas”, explica Zidong Wang, uno de los investigadores del equipo de Lu y autor principal del artículo de Angewandte Chemie.
Un equipo de científicos de la Universidad de Illinois, en Estados Unidos, constató en diversos experimentos realizados que segmentos de ADN dirigen la conformación de, concretamente, nanopartículas de oro, que son cristales finos de este metal cuyas aplicaciones se extienden ya a la medicina, la electrónica o la catálisis.
Dirigidos por Yi Lu, profesor de química de dicha Universidad, el equipo ha publicado sus descubrimientos en la revista Angewandte Chemie.
Controlar la producción de nanopartículas
“La síntesis de nanopartículas codificadas por ADN nos puede proporcionar una fórmula sencilla aunque novedosa de producción de nanopartículas con formas y propiedades predecibles”, explica Lu en un comunicado de la Universidad de Illinois.
“Un descubrimiento de estas características tiene un impacto potencial en bio-nanotecnología, así como aplicaciones en nuestra vida cotidiana, en terrenos como la catálisis o la medicina”, añade el investigador.
Actualmente, las nanopartículas de oro tienen amplias aplicaciones tanto en biología como en ciencias de los materiales gracias a sus propiedades fisicoquímicas únicas.
Dado que estas propiedades vienen determinadas principalmente por la forma y el tamaño de las nanopartículas, resulta clave poder controlar sus características para adecuarlas a aplicaciones específicas.
“Nos preguntamos si diferentes combinaciones de secuencias de ADN podrían constituir ‘códigos genéticos’ que dirigieran la síntesis de los nanomateriales de manera similar a como dirigen la síntesis de proteínas”, explica Zidong Wang, uno de los investigadores del equipo de Lu y autor principal del artículo de Angewandte Chemie.
El efecto del ADN en las nanopartículas
En general, las nanopartículas de oro se producen introduciendo diminutas pepitas de oro en una solución de sal de oro. Las partículas crecen a medida que el oro de la solución salada se deposita sobre las pepitas.
Lo que hizo el equipo de Lu fue cultivar dichas pepitas con segmentos cortos de ADN, antes de añadirlas a la solución salada. Este paso previo hizo que las partículas se desarrollasen con diferentes formas, determinadas por el código genético del ADN.
El alfabeto del ADN comprende cuatro letras: A, T, G y C. El término “código genético” hace referencia a la secuencia de estas letras, denominadas bases.
Estas cuatro bases y sus combinaciones pueden aglutinarse de maneras distintas y dirigir las vías de crecimiento de las nanopepitas, dando lugar a diferentes formas.
En sus experimentos, los investigadores descubrieron que las hebras de A’s repetitivas producían partículas de oro redondas y gruesas; las de T’s, estrellas ; las de C’s discos planos y circulares; y las de G’s, hexágonos.
Después, los científicos probaron hebras de ADN en las que se combinaban dos bases, por ejemplo, 10 T’s con 20 A’s. Descubrieron así que muchas de estas bases competían unas con otras, para dar lugar a formas intermedias, aunque la base A resultó ser dominante.
En adelante, los investigadores analizarán cómo los códigos de ADN dirigen el crecimiento de las nanopartículas. También planean aplicar su método a la síntesis de otros tipos de nanomateriales con aplicaciones novedosas.
En general, las nanopartículas de oro se producen introduciendo diminutas pepitas de oro en una solución de sal de oro. Las partículas crecen a medida que el oro de la solución salada se deposita sobre las pepitas.
Lo que hizo el equipo de Lu fue cultivar dichas pepitas con segmentos cortos de ADN, antes de añadirlas a la solución salada. Este paso previo hizo que las partículas se desarrollasen con diferentes formas, determinadas por el código genético del ADN.
El alfabeto del ADN comprende cuatro letras: A, T, G y C. El término “código genético” hace referencia a la secuencia de estas letras, denominadas bases.
Estas cuatro bases y sus combinaciones pueden aglutinarse de maneras distintas y dirigir las vías de crecimiento de las nanopepitas, dando lugar a diferentes formas.
En sus experimentos, los investigadores descubrieron que las hebras de A’s repetitivas producían partículas de oro redondas y gruesas; las de T’s, estrellas ; las de C’s discos planos y circulares; y las de G’s, hexágonos.
Después, los científicos probaron hebras de ADN en las que se combinaban dos bases, por ejemplo, 10 T’s con 20 A’s. Descubrieron así que muchas de estas bases competían unas con otras, para dar lugar a formas intermedias, aunque la base A resultó ser dominante.
En adelante, los investigadores analizarán cómo los códigos de ADN dirigen el crecimiento de las nanopartículas. También planean aplicar su método a la síntesis de otros tipos de nanomateriales con aplicaciones novedosas.
A medida que las nanopartículas se aglomeran, van desenredando las hebras de ADN. Fuente: NCSU.
El efecto de las nanopartículas en el ADN
Recientemente, la revista Advanced Materials ha publicado los resultados de otro estudio, realizado por científicos de la North Carolina State University de Estados Unidos, en el que también se ha investigado con nanopartículas de oro y ADN, aunque en otra dirección.
Este equipo ha descubierto que nanopartículas de oro con una leve carga positiva pueden trabajar en conjunción para desenredar la doble hélice del ADN, publica dicha Universidad en un comunicado.
Esto se comprobó al introducir nanopartículas de oro, de aproximadamente 1,5 nanómetros de diámetro, en una solución que contenía ADN. Las nanopartículas introducidas estaban recubiertas de unas moléculas denominadas ligandos.
Algunos de estos ligandos tenían carga positiva y otros eran hidrófobos, es decir, que no se podían mezclar con el agua. Como las nanopartículas de oro tenían una leve carga positiva producida por los ligandos, y el ADN siempre tiene carga negativa, las nanopartículas y el ADN formaron conglomerados.
Además, se dio otro proceso: mientras que los ligandos con carga positiva de las nanopartículas se adherían al ADN, los ligandos hidrófobos se enredaron unos con otros. A medida que las nanopartículas se agrupaban por efecto de estos ligandos, también fueron separando las hebras de ADN.
Posibles implicaciones
El hallazgo resulta importante para posibles tratamientos genéticos con nanopartículas de oro porque ha revelado que habría que adecuar los ligandos, la carga y la química de este material, para asegurar que no se dañe la integridad estructural del ADN cuando se usen nanopartículas como medio de transmisión de estas terapias.
Por otro lado, este descubrimiento también es relevante para la electrónica basada en ADN, que aspira a usar el ADN como plantilla para la creación de circuitos nanoeléctricos.
Dado que algunos trabajos en este campo implican colocar nanopartículas metálicas en ADN, el hallazgo indica que habrá que prestar atención a las características de dichas nanopartículas, para evitar el riesgo de que afecten a la integridad estructural del ADN empleado.
Recientemente, la revista Advanced Materials ha publicado los resultados de otro estudio, realizado por científicos de la North Carolina State University de Estados Unidos, en el que también se ha investigado con nanopartículas de oro y ADN, aunque en otra dirección.
Este equipo ha descubierto que nanopartículas de oro con una leve carga positiva pueden trabajar en conjunción para desenredar la doble hélice del ADN, publica dicha Universidad en un comunicado.
Esto se comprobó al introducir nanopartículas de oro, de aproximadamente 1,5 nanómetros de diámetro, en una solución que contenía ADN. Las nanopartículas introducidas estaban recubiertas de unas moléculas denominadas ligandos.
Algunos de estos ligandos tenían carga positiva y otros eran hidrófobos, es decir, que no se podían mezclar con el agua. Como las nanopartículas de oro tenían una leve carga positiva producida por los ligandos, y el ADN siempre tiene carga negativa, las nanopartículas y el ADN formaron conglomerados.
Además, se dio otro proceso: mientras que los ligandos con carga positiva de las nanopartículas se adherían al ADN, los ligandos hidrófobos se enredaron unos con otros. A medida que las nanopartículas se agrupaban por efecto de estos ligandos, también fueron separando las hebras de ADN.
Posibles implicaciones
El hallazgo resulta importante para posibles tratamientos genéticos con nanopartículas de oro porque ha revelado que habría que adecuar los ligandos, la carga y la química de este material, para asegurar que no se dañe la integridad estructural del ADN cuando se usen nanopartículas como medio de transmisión de estas terapias.
Por otro lado, este descubrimiento también es relevante para la electrónica basada en ADN, que aspira a usar el ADN como plantilla para la creación de circuitos nanoeléctricos.
Dado que algunos trabajos en este campo implican colocar nanopartículas metálicas en ADN, el hallazgo indica que habrá que prestar atención a las características de dichas nanopartículas, para evitar el riesgo de que afecten a la integridad estructural del ADN empleado.
Referencias bibliográficas:
Zidong Wang, Longhua Tang, Li Huey Tan, Jinghong Li, Yi Lu. Discovery of the DNA “Genetic Code” for Abiological Gold Nanoparticle Morphologies. Angewandte Chemie International Edition, 2012; DOI:10.1002/anie.201203716.
Justin Railsback, Ryan Pearce, Ramon Collazo, Timothy McKnight, Zlatko Sitar. Weakly Charged Cationic Nanoparticles Induce DNA Bending and Strand Separation. Advanced Materials. First published online: 19 JUN 2012. DOI: 10.1002/adma.201104891.
Zidong Wang, Longhua Tang, Li Huey Tan, Jinghong Li, Yi Lu. Discovery of the DNA “Genetic Code” for Abiological Gold Nanoparticle Morphologies. Angewandte Chemie International Edition, 2012; DOI:10.1002/anie.201203716.
Justin Railsback, Ryan Pearce, Ramon Collazo, Timothy McKnight, Zlatko Sitar. Weakly Charged Cationic Nanoparticles Induce DNA Bending and Strand Separation. Advanced Materials. First published online: 19 JUN 2012. DOI: 10.1002/adma.201104891.