Ciencia Kanija

Una imagen de una microscópica fuerza atómica de un “lazo” de ADN (arriba) que se ensambla a sí mismo a partir de una “semilla” de ADN artifical en una técnica que podría usarse para hacer componentes electrónicos de escala molecular. La imagen inferior es una interpretación gráfica de la estructura (Crédito: Proceedings of the National Academy of Sciences)

En el mundo natural, el ADN proporciona una especie de planos que dirigen la compleja danza molecular que culmina con la creación de un objeto mucho mayor y más complejo – ya sea una bacteria o un elefante.

Ahora, usando un método conocido como “papiroflexia de ADN”, los químicos han logrado una versión similar, aunque mucho más simplificada, creando un ADN artificial que puede también construir sobre sí mismo estructuras mayores y más complejas.

El ADN con esas capacidades podría proporciona una nueva forma de fabricación a pequeña escala – por ejemplo, en el campo de la nanoelectrónica – o para realizar cálculos.

El nuevo método ha sido desarrollado por Paul Rothemund y Erik Winfree, ambos del Instituto Tecnológico de California en Pasadena.

Efecto bola de nieve

Rothemund demostró en 2006 cómo mezclado un único ADN largo con muchas hebras menores podía crear un “lienzo” 2D, de 100 nanómetros de diámetro, que podrían mostrar patrones tales como un mapa de América.

Ahora los investigadores han demostrado que tales lienzos pueden comportarse como “semillas” programables – azulejos de ADN menores adjuntos a la semilla y una estructura de bola de nieve para hacer que la estructura se haga 100 veces más grande que el segmento original.

Para logra resto, el equipo creó dos tipos de molécula de ADN artificial – una secuencia larga que se pliega en la “semilla” plana y un número de secuencias cortas que se pliega cada una en azulejos menores.

Cuando los dos tipos desenrollados de ADN pasan por ciclos de variaciones de temperatura entre 40 y 90 °C, se pliegan en semillas y azulejos, y empiezan a acretarse en una estructura mucho mayor. El proceso de “crecimiento” se dirige a través de la secuencia de información escrita en el ADN de las semillas.

Esta información de las semillas coordina qué azulejos se adhieren en la primera capa, explica Winfree. La secuencia que forma la primera capa entonces transporta la información que dirige la formación de la siguiente capa de azulejos, etcétera.

Susurros chinos

Una semilla puede construir una cobertura para sí misma a partir de distintos tipos de azulejos ordenados en un patrón regular. Tal patrón se repite entonces, dado que la primera capa de azulejos coordina la formación de la segunda capa en un espejo a escala superior de la original.

Además de un patrón simple de escalado, las secuencias pueden tener “programas de conteo” construidos dentro de su código que hace posible que una semilla especifique un patrón particular de ordenación tras un número dado de capas.

“Es como el juego del teléfono [también conocido como susurros chinos]“, dice Winfree.

Cualquiera que haya jugado a ese juego sabrá que no se necesita mucho para que el mensaje original se distorsione. Para evitar esto, dice, el equipo ha diseñado las secuencias de azulejos de ADN para que hagan una “lectura de prueba” de su propio trabajo y rechacen de forma espontánea la mayor parte de pasos de ensamblaje erróneos.

Máquina universal

Aunque el equipo hasta el momento ha usado la técnica para construir simples tuberías (ver imagen, arriba a la derecha), es posible hacer mucho más, dice Winfree. “Metafóricamente, esto es similar a cómo dirigen los programas genéticos del interior de las células el crecimiento de un organismo”.

Winfree y Rothemund especulan sobre que la técnica podría proporcionar una forma de ensamblar componentes moleculares en estructuras útiles tales como diminutos circuitos eléctricos. También es posible usar las estructuras auto-ensambladoras de ADN para realizar tareas computacionales, añade Winfree.

“Es una potente herramienta de procesado de la información”, dice. “Es lo que conocemos como una Máquina de Turing Universal, lo que significa que puede llevar a cabo cualquier tarea de procesado de información”.

Revista de referencia: Proceedings of the National Academy of Sciences (DOI: 10.1073/pnas.0808736106)

Autor: Colin Barras
Fecha Original: 16 de marzo de 2009
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Esta entrada fue escrita el Miércoles, 18 de marzo de 2009 a las 5:37 pm y archivada en Biologí­a, Tecnologí­a. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.