Como material genético, El ADN es responsable de toda la vida conocida. Pero el ADN también es un polímero. Aprovechando la naturaleza única de la molécula, Los ingenieros de Cornell han creado máquinas simples construidas con biomateriales con propiedades de seres vivos.

Usando lo que ellos llaman materiales DASH (ensamblaje y síntesis de jerárquicos basados ​​en ADN), Los ingenieros de Cornell construyeron un material de ADN con capacidades de metabolismo, además del autoensamblaje y la organización, tres rasgos clave de la vida.

"Presentamos un nuevo concepto de material realista impulsado por su propio metabolismo artificial. No estamos haciendo algo que esta vivo pero estamos creando materiales que son mucho más realistas que nunca antes, "dijo Dan Luo, profesor de ingeniería biológica y ambiental en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida.

El papel, "Material de ADN dinámico con comportamiento de locomoción emergente impulsado por metabolismo artificial, "publicado el 10 de abril en Ciencia Robótica .

Para que cualquier organismo vivo se mantenga a sí mismo, debe haber un sistema para gestionar el cambio. Se deben generar nuevas celdas; las células viejas y los desechos deben eliminarse. La biosíntesis y la biodegradación son elementos clave de la autosostenibilidad y requieren del metabolismo para mantener su forma y funciones.

A través de este sistema, Las moléculas de ADN se sintetizan y ensamblan en patrones de manera jerárquica, resultando en algo que puede perpetuar una dinámica, proceso autónomo de crecimiento y decadencia.

Usando DASH, los ingenieros de Cornell crearon un biomaterial que puede emerger de forma autónoma a partir de sus bloques de construcción a nanoescala y organizarse a sí mismo, primero en polímeros y finalmente en formas de mesoescala. A partir de una secuencia de semillas de base de 55 nucleótidos, las moléculas de ADN se multiplicaron cientos de miles de veces, creando cadenas de ADN repetido de unos pocos milímetros de tamaño. Luego, la solución de reacción se inyectó en un dispositivo de microfluidos que proporcionó un flujo líquido de energía y los componentes básicos necesarios para la biosíntesis.

A medida que el flujo lavó el material, el ADN sintetizó sus propias hebras nuevas, con la parte delantera del material creciendo y la cola degradándose en equilibrio optimizado. De este modo, hizo su propia locomoción, arrastrándose hacia adelante, contra la corriente, de una manera similar a cómo se mueven los mohos de limo.

La capacidad locomotora permitió a los investigadores enfrentar conjuntos de material entre sí en carreras competitivas. Debido a la aleatoriedad del entorno, un cuerpo eventualmente obtendría una ventaja sobre el otro, permitir que uno cruce una línea de meta primero.

"Los diseños aún son primitivos, pero mostraron una nueva ruta para crear máquinas dinámicas a partir de biomoléculas. Estamos en el primer paso de la construcción de robots realistas mediante el metabolismo artificial, "dijo Shogo Hamada, profesor e investigador asociado en el laboratorio Luo, y autor principal y co-corresponsal del artículo. "Incluso con un diseño simple, pudimos crear comportamientos sofisticados como las carreras. El metabolismo artificial podría abrir una nueva frontera en robótica ".

Actualmente, los ingenieros están explorando formas de que el material reconozca los estímulos y pueda buscarlo de forma autónoma en el caso de la luz o la comida. o evítelo si es dañino.

El metabolismo programado incrustado en los materiales de ADN es la innovación clave. El ADN contiene el conjunto de instrucciones para el metabolismo y la regeneración autónoma. Después, está solo.

"Todo, desde su capacidad para moverse y competir, todos esos procesos son autónomos. No hay interferencia externa "Dijo Luo." La vida comenzó miles de millones de años a partir quizás de unos pocos tipos de moléculas. Esto podría ser lo mismo ".

El material que creó el equipo puede durar dos ciclos de síntesis y degradación antes de que expire. Es probable que la longevidad se pueda extender, según los investigadores, abriendo la posibilidad de más "generaciones" del material a medida que se auto-replica. "Por último, el sistema puede conducir a máquinas de reproducción automática realistas, "Dijo Hamada.

"Más emocionante, el uso de ADN le da a todo el sistema una posibilidad de auto-evolución, "Dijo Luo." Eso es enorme ".

Teóricamente podría diseñarse para que las generaciones posteriores emerjan en segundos. La reproducción a este ritmo acelerado aprovecharía las propiedades mutacionales naturales del ADN y aceleraría el proceso evolutivo. según Luo.

En el futuro, el sistema podría usarse como biosensor para detectar la presencia de cualquier ADN y ARN. El concepto también podría usarse para crear una plantilla dinámica para producir proteínas sin células vivas.

Hay una patente pendiente con el Centro de Licencias de Tecnología.