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FDurante décadas, los científicos han manipulado el ADN para manipular el código genético como modelo biológico. Pero más allá de su función convencional, el ADN es un material único para construcción a nanoescala.1 Esta característica llamó la atención del ex ingeniero de la NASA convertido en YouTuber Marcos Rober. Recientemente, se asoció con el biofísico del Instituto Salk. Pallav Kosuri para crear una pistola Nerf microscópica hecha de ADN.

Pallav Kosuri, biólogo integrativo del Instituto Salk, utiliza origami de ADN para estudiar cómo el movimiento da lugar a la función biológica desde una escala molecular hasta una orgánica.

Instituto Salk

Rober comenzó el proyecto construyendo una pistola Nerf que era 10.000 veces más pequeña que el tamaño estándar utilizando nanotubos de carbono con investigadores de la Universidad Brigham Young. Pero Rober quería reducir aún más la escala, por lo que pidió ayuda a Kosuri para abordar su proyecto más pequeño hasta el momento. Juntos, manipularon el ADN para crear una versión tres millones de veces más pequeña de un pistola nerf.2 Su bioRxiv La preimpresión allana el camino para un complejo desarrollo de nanotecnología.

«Fue una desviación de lo que normalmente hacemos aquí», dijo Kosuri, que fabrica herramientas microscópicas utilizando origami de ADN para estudiar moléculas individuales en sistemas biológicos. «Pero causó un gran revuelo al entusiasmar a la gente con la capacidad de construir cosas a partir del ADN».

El origami de ADN es un técnica que aprovecha el autoensamblaje del ADN.3 Se trata de una larga estructura de ADN monocatenario con una secuencia conocida mezclada con cientos de hebras cortas y complementarias que se emparejan en diferentes lugares para formar uniones y redes en formas predeterminadas.

“Utilizamos el ADN del mismo modo que un carpintero utiliza la madera. Los árboles no saben nada de casas ni de mesas”, dijo Pablo Rothmund, un bioingeniero computacional del Instituto de Tecnología de California que desarrolló origami de ADN y no participó en el estudio. Ahora, los científicos utilizan el ADN como material de construcción para construir herramientas para la investigación biológica.

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Para la pistola Nerf, Kosuri y su equipo diseñaron un prototipo utilizando un software de diseño de origami de ADN de uso común. Desarrollaron un par de iteraciones para ajustar las proporciones para imitar con precisión el modelo Maverick Rev-6 Nerf. “Incluso si no es la iteración más detallada, queríamos capturar las proporciones generales. Queremos mirar esto y ver una pistola Nerf”, explicó Kosuri. El modelo, basado en el protocolo de Rothemund, proporcionó una plantilla para los investigadores. Como una obra de arte décollage, eliminaron secuencias para formar la forma final de la pistola Nerf.

Foto de ADN doblado en réplicas de pistolas Nerf en azul claro.

El equipo de Pallav Kosuri utilizó tecnología de origami de ADN para crear una pistola desintegradora NanoNERF.

Instituto Salk

Luego mezclaron el cóctel de hebras de andamio y grapas y separaron el origami de ADN plegado con éxito de las hebras plegadas incorrectamente. Para validar el plegado exitoso, el equipo utilizó electroforesis en gel de agarosa para purificar estructuras autoensambladas correctamente y microscopía de fuerza atómica para caracterizar las dimensiones esperadas. El equipo se dio cuenta de que habían creado con éxito la réplica de pistola Nerf más pequeña del mundo después de confirmar que la estructura tenía 100 nm de largo, 2 nm de grosor y un cañón de 35 nm de ancho, momento en el que llamaron a su creación NanoNERF.

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Los investigadores han comenzado a utilizar el origami de ADN como una estructura similar a una jaula para atrapar virus y como vehículos para la entrega de genes a las células.4,5 Kosuri cree que diseñar estos dispositivos desde cero con la capacidad de elegir las propiedades deseadas, como el tamaño y el tipo de carga, es una solución potencial para nanotecnologías más inteligentes.

“Estoy encantado de que lo hayan hecho. Es genial ver lo que hace la gente. [with DNA origami] y en la medida en que despierte la imaginación de los niños que puedan decidir dedicarse a la ingeniería y el diseño molecular”, dijo Rothemund. “Esto es divertido [project] en la trayectoria del campo”.

Referencias

  1. Seeman Carolina del Norte. Uniones y redes de ácidos nucleicos.. J Theor Biol. 1982;99(2):237-247.
  2. Takiguchi LP, et al. NanoNERF: una réplica de un blaster NERF a nanoescala hecha de ADN. Preimpresión. bioRxiv. 2023;2023.10.02.560388.
  3. Rothemund PWK. Plegar ADN para crear formas y patrones a nanoescala. Naturaleza. 2006;440:297-302.
  4. Monferrer A, et al. Trampas de origami de ADN para virus grandes. Representante celular Phys. Ciencia. 2023;4(1):101237.
  5. Kretzmann JA, et al. Origami de ADN que codifica genes para la expresión de células de mamíferos. comuna nacional. 2023;14:1017.