Robots de ADN en movimiento

Su estructura precisa y su capacidad de unirse con otras moléculas hace del ADN un material construcción atractivo para los investigadores de nanotecnología. Los científicos ya han utilizado el ADN para construir patrones de dos dimensiones, objetos tridimensionales, y dispositivos cambiantes de forma sencillos. Recientemente, dos equipos de investigadores han fabricado por separado unas complejas máquinas programables usando moléculas de ADN.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Columbia, la Universidad Estatal de Arizona y el Caltech han diseñado un dispositivo que sigue un camino programable en una superficie estampada con ADN. Al mismo tiempo, otro equipo de investigadores de la Universidad de Nueva York, dirigido por el pionero de la nanoarquitectura de ADN Ned Seeman, ya combinado varios dispositivos de ADN para fabricar una línea de montaje. Este nanoartilugio recoge nanopartículas de oro a medida que da vueltas a lo largo de una superficie estampada con ADN.

Las dos máquinas, descritas hoy en la revista Nature, son un posible paso adelante hacia la fabricación de nanobots de ADN que podrían montar diminutos dispositivos eléctricos y mecánicos. Estos robots de ADN también podrían juntar las moléculas en nuevas maneras y constituir nuevos materiales, afirma Lloyd Smith, profesor de química de la Universidad de Wisconsin-Madison. "Los robots podrían tener la capacidad de colocar una molécula de una determinada manera para que una reacción con otra molécula ocurra, lo que podría no ocurrir si chocan al azar en una solución", señala él.

Anteriormente, los investigadores habían diseñado máquinas simples, tales como pinzas y caminadores que también se han fabricado a partir del ADN. Las pinzas se abren y se cierran mediante la adición de líneas específicas de ADN a la solución. Los caminadores son moléculas con cadenas colgando, o piernas, que se unen y separan de otras cadenas de ADN estampadas en una superficie, en el efecto moviéndose a lo largo de la superficie.

El nanocaminador fabricado en la Universidad de Columbia es una molécula de proteína decorada con tres patas--cadenas DNAzymes únicas--, moléculas de ADN sintético que actúan como enzimas y catalizan la reacción. Las piernas se unen a las hebras complementarias de ADN sobre una superficie. Seguidamente, catalizan una reacción que acorta una de las hebras de la superficie, de modo que su fijación a la pierna se vuelve más débil. Esa pierna se suelta y se mueve hasta la cadena de superficie siguiente.

El caminador sigue un camino de hebras que los investigadores estampan en la superficie. Puede caminar hasta 50 pasos--en comparación con los dos o tres pasos que podían hacer los caminantes anteriores. Se detiene cuando encuentra una secuencia que no puede ser más corta. "Mostramos cómo programar el comportamiento [del caminador] por programación de su entorno ", señala Milan Stojanovic, ingeniero biomédico en la Universidad de Columbia que desarrolló el caminador. "Eso nos permite pensar en añadir una mayor complejidad: más de una molécula interactuando y comandos más complicado en la superficie. Lo que esperamos hacer con el tiempo es poder [usar los nanobots para] reparar tejidos."

Seeman y sus compañeros de la Universidad de Nueva York combinan tres componentes diferentes de ADN para hacer una línea de montaje. Tienen un camino de ADN, un caminador y una máquina que puede entregar o retener una carga de una molécula de oro. La máquina es una estructura de ADN que se puede configurar para poner una hebra cargada con una partícula de oro en la ruta del caminador o quitársela. Su caminador tiene cuatro patas y tres cadenas únicas de ADN que constituyen las manos se pueden enlazar con el oro.

Los investigadores demostraron un sistema en el que el caminante pasa tres máquinas, cada una con un tipo diferente de partícula de oro. Cada máquina se puede configurar para proporcionar su carga o mantenerla, dando un total de ocho formas diferentes en que el caminador puede ir cargado, lo que lleva a ocho productos diferentes.

Estos avances representan el éxito continuo en la creación de nanodispositivos con funciones cada vez más complejas. "[Estamos] evolucionando de las entidades individuales que hacen algo interesante a los sistemas de entidades que trabajan en algo con un comportamiento y función más complejos ", afirma Smith.

Fuente: Technology Review