"El nuestro es el primer motor de ADN de rodadura, lo que es mucho más rápido y más robusto", dice Khalid Salaita, el químico de la Universidad de Emory que dirigió la investigación.
Los químicos y físicos han ideado un
motor de laminación basada en el ADN que es 1.000 veces más rápido que
cualquier otro motor de ADN sintético, dándole posibilidades de aplicaciones
del mundo real, tales como el diagnóstico de enfermedades. Nature Nanotechnology
publica el hallazgo.
"A diferencia de otros motores
basados en el ADN sintético, que utilizan las piernas para “caminar” como
pequeños robots, el nuestro es el primer motor de ADN a rodar, lo que es mucho
más rápido y más robusto", dice Khalid Salaita, el químico de la
Universidad de Emory que dirigió la investigación. "Es como el equivalente
biológico de la invención de la rueda para el sector de las máquinas de
ADN."
La velocidad del nuevo motor basado
en el ADN, que es accionado por la ribonucleasa H, significa un microscopio (simple teléfono inteligente) que puede capturar su movimiento a través del video.
Los investigadores han presentado una patente de invención para la divulgación
de la idea de utilizar el movimiento de las partículas de su motor molecular de rodadura como un sensor para todo, desde una sola mutación del ADN en una
muestra biológica a los metales pesados en el agua.
"Nuestro método ofrece una
manera de hacer estudios a bajo costo, diagnósticos de baja tecnología en entornos con
recursos limitados", dice Salaita.
El campo de los motores basados
en el ADN sintéticos, también conocido como nano-caminantes, es de unos 15
años de edad. Los investigadores están tratando de duplicar la acción de
nano-caminantes de la naturaleza. Miosina, por ejemplo, son minúsculos
mecanismos biológicos que "caminan" en filamentos para llevar los
nutrientes a través del cuerpo humano.
"Es lo último en la ciencia-ficción", (dice Salaita) de la búsqueda para crear pequeños robots o nano-robots, que
podrían ser programados para hacer su tarea en el organismo humano. "La
gente ha soñado con el envío de nano-robots para entregar medicamentos o para
reparar problemas en el cuerpo humano."
Hasta ahora, sin embargo, los
esfuerzos de la humanidad han quedado muy por debajo de la miosina de la
naturaleza, lo que acelera sin esfuerzo sobre sus recados biológicos. "La
capacidad de la miosina para convertir la energía química en energía mecánica
es asombrosa", dice Salaita. "Estos son los motores más eficientes
que conocemos hoy en día."
Algunos nano-caminantes sintéticos
se mueven sobre dos piernas. Estas enzimas esencialmente fabricadas de ADN, son impulsadas por el RNA catalizador. Estos nano-caminantes tienden a ser
extremadamente inestables, debido a los altos niveles de movimientos brownianos en
la nano escala. Otras versiones con cuatro, e incluso seis, piernas han
demostrado ser más estable, pero mucho más lento. De hecho, su ritmo es
glacial: Un motor basado en el ADN de cuatro patas necesitaría unos 20 años
para mover un centímetro.
Kevin Yehl, becario postdoctoral en
el laboratorio Salaita, tuvo la idea de construir un motor basado en el ADN
utilizando una esfera de cristal con micras de tamaño. Cientos de hebras de ADN, o
"piernas", se les permite unirse a la esfera. Estas patas de ADN se
colocan en un portaobjetos de vidrio recubierto con el reactivo: RNA.
Las piernas de ADN se sienten
atraídas por el ARN, pero tan pronto como ponen un pie en él destruyen a través
de la actividad de una enzima llamada RNasa H. A medida que las piernas se unen y se liberan desde el sustrato, que guían la esfera a lo largo, lo que su ves permite que las piernas de ADN puedan mantener la unión.
"Se llama un mecanismo de
puente quemado", explica Salaita. "Dondequiera que pasen las
piernas de ADN, en donde solo pisotear se destruye el reactivo. Tienen que mantenerse en
movimiento y el paso en el que no han intervenido con el fin de encontrar más
reactivo."
La combinación del movimiento de
rodadura, y la velocidad de la enzima RNasa H sobre un sustrato, da el nuevo
motor DNA su estabilidad y velocidad.
"Nuestro motor basado en el
ADN puede viajar de un centímetro en siete días, en lugar de 20 años, por lo que
es 1.000 veces más rápido que las versiones anteriores", dice Salaita.
"De hecho, los motores de miosina de la naturaleza son sólo 10 veces más
rápido que el nuestro, y estos tomaron miles de millones de años para evolucionar".
Los investigadores demostraron que
sus motores de rodadura se pueden utilizar para detectar una sola mutación del
ADN mediante la medición de desplazamiento de las partículas. Simplemente
pegando lentes de dos punteros láser de bajo costo para la cámara de un
teléfono inteligente para convertir el teléfono en un microscopio y capturar
videos del movimiento de las partículas.
"Con el uso de un teléfono
inteligente, podemos obtener una lectura de cualquier cosa que interfiera con
la reacción enzima-sustrato, porque eso va a cambiar la velocidad de la
partícula", dice Salaita. "Por ejemplo, podemos detectar una única
mutación en una cadena de ADN."
Este método simple, de baja
tecnología podría ser útil para hacer la detección de diagnóstico de muestras
biológicas en el campo, o en cualquier lugar con recursos limitados.
Esta es la prueba de que el rollo de
motores llegó por accidente, añade Salaita. Durante sus experimentos, dos de
las esferas de vidrio en ocasiones se llegaron pegar o dimerizar. En lugar
de hacer un camino errante, dejaron un par de pistas rectas, paralelas a través
del sustrato, como un césped de corte de la segadora.
"Es el primer ejemplo de un
motor molecular sintético que va en una línea recta sin una pista o un campo
magnético para guiarse", dice Salaita.
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