Los científicos de materiales han escrito la receta sobre cómo usar una enzima excéntrica para construir nuevos biomateriales a partir del ADN. El trabajo proporciona instrucciones para que investigadores de todo el mundo construyan moléculas autoensambladas para aplicaciones que van desde la administración de fármacos hasta los nanocables.

La maquinaria molecular del cuerpo humano generalmente se basa en plantillas genéticas para llevar a cabo la construcción. Por ejemplo, Las máquinas moleculares llamadas ADN polimerasas leen el ADN base por base para construir copias precisas.

Existen, sin embargo, unas ovejas negras en el mundo de la biología molecular que no requieren plantilla. Uno de esos valores atípicos, llamada desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT), trabaja en el sistema inmunológico y cataliza la adición sin molde de nucleótidos, los componentes básicos del ADN, a un ADN monocatenario.

Las secuencias de nucleótidos aparentemente aleatorias en una sola hebra de ADN no parecen tener mucho uso biológico, pero los científicos de materiales han descubierto qué hacer con ellas.

En un nuevo periódico Los investigadores de la Universidad de Duke se basan en su trabajo anterior y ahora describen en detalle cómo la enzima TdT puede producir alto peso molecular, estructuras biomoleculares sintéticas mucho más fácilmente que los métodos actuales. Los investigadores pueden adaptar la síntesis para crear ADN monocatenario que se autoensambla en recipientes con forma de bola para la administración de fármacos o para incorporar nucleótidos no naturales para proporcionar acceso a una amplia gama de capacidades médicamente útiles.

Los resultados aparecen en línea el 15 de mayo. 2017 en la revista Edición internacional de Angewandte Chemie .

"Somos los primeros en mostrar cómo la TdT puede construir cadenas únicas de ADN altamente controladas que pueden autoensamblarse en estructuras más grandes, "dijo Stefan Zauscher, el Profesor de la Familia Sternberg de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales en la Universidad de Duke. "Ya se pueden fabricar materiales similares, pero el proceso es largo y complicado, requiriendo reacciones múltiples. Podemos hacerlo en una fracción del tiempo en una sola olla ".

TdT tiene ventaja sobre los típicos, reacciones sintéticas de formación de cadena en el sentido de que continúa agregando nucleótidos al final de la cadena en crecimiento mientras estén disponibles. Esto abre un vasto espacio de diseño para los científicos de materiales.

Debido a que todas las enzimas funcionan al mismo ritmo y nunca se detienen, las hebras de ADN resultantes tienen un tamaño muy parecido entre sí, un rasgo importante para controlar sus propiedades mecánicas. El proceso interminable también significa que los investigadores pueden forzar la alimentación de TdT con cualquier nucleótido que deseen, incluso los que no son naturales, simplemente sin proporcionar otras opciones.

"Su cuerpo produce hebras de ADN a partir de solo cuatro nucleótidos:adenina, guanina citosina y uracilo, "dijo Chilkoti, el profesor Alan L. Kaganov y presidente del departamento de ingeniería biomédica de Duke. "Pero podemos crear nucleótidos sintéticos y obligar a la enzima a incorporarlos. Esto abre muchas puertas en la fabricación de polímeros basados ​​en ADN para diferentes aplicaciones".

Por ejemplo, Los nucleótidos no naturales pueden incorporar moléculas diseñadas para facilitar la "química del clic", lo que permite la unión de un conjunto completo de biomoléculas. Los investigadores también pueden comenzar el proceso de construcción con una base hecha de una secuencia de ADN específica, llamado aptámero, que puede apuntar a proteínas y células específicas.

"Esta enzima ha existido durante décadas, pero esta es la primera vez que alguien ha mapeado estos conceptos en un plan para sintetizar una familia completamente nueva de polinucleótidos, ", dijo Zauscher." En el pasado, Los bioquímicos se han interesado en gran medida en lo que hace la TdT en el sistema inmunológico humano y cómo lo hace. No nos importa todo eso solo estamos interesados ​​en qué bloques de construcción de materiales podemos hacer con él. Y la precisión con la que podemos fabricar polímeros con esta enzima es realmente excepcional ".