Lenguaje de programación para diseñar moléculas

Al igual que se usan lenguajes de programación como Python o Java para escribir códigos para los ordenadores, los químicos pronto serán capaces de utilizar un conjunto estructurado de instrucciones para "programar" cómo interactúan las moléculas de ADN en un tubo de ensayo, gracias a un nuevo avance.

Un equipo dirigido por la Universidad de Washington (Seattle, EE.UU.) ha desarrollado un lenguaje de programación para la química que, esperan, ayudará a diseñar sistemas de moléculas sintéticas que controlen reacciones químicas, de la misma manera que los controladores electrónicos integrados controlan los coches, los robots u otros dispositivos.

En medicina, estos novedosos sistemas podrían servir como dispensadores "inteligentes" de fármacos o como detectores de enfermedades a nivel celular. El detalle de la investigación ha aparecido publicado online esta semana (29 de septiembre) en la revista Nature Nanotechnology.

Dirigir el movimiento de las moléculas

Los químicos y los educadores utilizan y enseñan sistemas de ecuaciones sobre reacciones químicas; un lenguaje de un siglo de antigüedad que describe cómo se comportan las mezclas de productos químicos. Los ingenieros de la UW han llevado este lenguaje un paso más allá, al utilizarlo para escribir programas que dirigen el movimiento de las moléculas a medida.

"Partimos de un resumen, de una descripción matemática de un sistema químico, y luego usamos el ADN para construir las moléculas que llevan a cabo la dinámica deseada", explica en la nota de prensa de la UW Georg Seelig, profesor asistente de ingeniería eléctrica y de ciencias de la computación y la ingeniería de dicha Universidad. "La proyección es que, con el tiempo, se pueda utilizar esta tecnología para construir herramientas de uso general".

Actualmente, cuando un biólogo o un químico quiere conseguir una determinada mezcla molecular, el proceso de ingeniería es complejo , engorroso y difícil de reutilizar para la construcción de otros sistemas. Los ingenieros de UW querían crear un marco que diera a los científicos una mayor flexibilidad. Seelig compara este nuevo enfoque con los lenguajes de programación que dicen a una computadora lo que debe hacer.

Sistemas biológicos

"Creo que esto es atractivo porque permite resolver más de un problema", explica. "Si quieres que una computadora haga otra cosa, sólo tienes que reprogramarla. Este proyecto es muy similar, dado que podemos decirle a la química lo que debe hacer".

Los seres humanos y otros organismos ya cuentan con redes complejas de moléculas de tamaño nanométrico que ayudan a regular las células y mantener el cuerpo bajo control.

Ahora, los científicos están encontrando formas de diseñar sistemas sintéticos que se comporten como los biológicos, con la esperanza de que las moléculas sintéticas puedan apoyar las funciones naturales del cuerpo. A tal fin, se necesita un sistema para crear moléculas de ADN sintéticas que varíen de acuerdo a sus funciones específicas.

El nuevo enfoque no está listo para ser aplicado en el campo de la medicina, pero los usos futuros podrían incluir el uso de este marco para hacer moléculas que se auto-ensamblen dentro de las células y sirvan como sensores "inteligentes".

Estos podrían ser integrados en una célula, y a continuación, programados para detectar anomalías y responder según fuera necesario, tal vez mediante la liberación de medicamentos directamente en las células .

Referencia bibliográfica:

Yuan-Jyue Chen, Neil Dalchau, Niranjan Srinivas, Andrew Phillips, Luca Cardelli, David Soloveichik, Georg Seelig. Programmable chemical controllers made from DNA. Nature Nanotechnology (2013). DOI: 10.1038/nnano.2013.189.