Construyen un nanomotor con ADN

El ADN y el ARN son las moléculas básicas de la vida. Cumplen diversas funciones como el almacenamiento y la transferencia de información en las células vivas. Pero desde hace un tiempo se ha comenzado a utilizar en el campo de la nanotecnología: fragmentos de ADN y ARN diseñados para ensamblar estructuras y dispositivos a nanoescala. Como, por ejemplo, un motor.

Eso es precisamente lo que ha construido un equipo de científicos lideradoos por Petr Šulc, de la Universidad Estatal de Arizona. “Es un poco como jugar con bloques de Lego – explica Šulc en un comunicado -, excepto que cada bloque de Lego tiene solo unos pocos nanómetros (una millonésima parte de un milímetro) de tamaño”. El avance se ha publicado en Nature Technology.

El motor, similar a los ejercitadores o grips de manos, está impulsado por un mecanismo inteligente y puede realizar movimientos pulsantes. Sin embargo, el motor es aproximadamente un millón de veces más pequeño. Dos asas están conectadas por un resorte en una estructura en forma de V.

Para su construcción, el equipo de Šulc ha utilizado herramientas de modelado informático y está formado por casi 14.000 nucleótidos, las unidades estructurales básicas del ADN. La diferencia es que, mientras en las herramientas de ejercicio, se aprieta contra la resistencia del muelle y al soltar vuelve a su posición inicial, “en nuestro motor las asas no se presionan entre sí, se unen – añade Šulc - . Poder simular el movimiento en una nanoestructura tan grande sería imposible sin oxDNA, el modelo informático que nuestro grupo utiliza para diseñar nanoestructuras de ADN. Es la primera vez que se ha diseñado con éxito un motor de nanotecnología de ADN impulsado químicamente. Estamos muy entusiasmados y esperamos construir nanodispositivos aún más complejos en el futuro”.

Uno de los obstáculos más importantes a la hora de hacer funcionar el motor fue la energía. Para ello, los autores recurrieron la “sopa de letras” a partir de la cual la polimerasa (la enzima que replica los nucleótidos del ADN) produce las transcripciones. Cada una de estas letras (en terminología técnica: nucleótidos) tiene tres grupos fosfato o trifosfato. Para añadir una nueva letra a una frase existente, la polimerasa tiene que eliminar dos de estos grupos fosfato. Esto libera energía que puede utilizar para unir las letras. “Por eso nuestro motor utiliza trifosfatos de nucleótidos como combustible – afirma -. El motor solo podrá seguir funcionando cuando haya un número suficiente de ellos disponibles".

Los autores demostraron que el motor se puede combinar fácilmente con otras estructuras. Esto debería permitirles, por ejemplo, moverse por una superficie, de forma similar a las orugas, uniendo ambos extremos y separándolos en movimientos alternos. A largo plazo, el motor podría convertirse en el corazón de una nanomáquina compleja. El estudio señala que las aplicaciones prometedoras de este campo incluyen el diagnóstico, la terapéutica, la robótica molecular y la construcción de nuevos materiales. A eso hay que sumarle que el laboratorio de Šulc ha desarrollado el software para diseñar estos bloques que también se utilizan en otras universidades.

"Es emocionante ver cómo se utilizan nuestros métodos para diseñar y caracterizar nanoestructuras de complejidad creciente, a medida que el campo avanza y logramos nuevos diseños avanzados y los operamos con éxito a nanoescala", concluye Šulc.