Una nueva forma de construir poros que atraviesan la membrana, usando bloques de construcción de ADN similares a Lego, ha sido desarrollado por científicos de la UCL, en colaboración con colegas de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Southampton.

El enfoque proporciona una herramienta simple y de bajo costo para la biología sintética y la técnica tiene aplicaciones potenciales en dispositivos de diagnóstico y descubrimiento de fármacos. La investigación aparece en el número actual de la revista. Angewandte Chemie .

Los poros de la membrana son las puertas de entrada que controlan el transporte de moléculas esenciales a través de las membranas que, de otro modo, serían impermeables que rodean las células de los organismos vivos. Normalmente hecho a partir de proteínas, Los poros de diferentes tamaños controlan el flujo de iones y moléculas tanto dentro como fuera de la célula como parte del metabolismo de un organismo.

Nuestra comprensión de los poros de la membrana proviene tanto del estudio de ambos poros naturales, y de estructuras equivalentes construidas en el laboratorio por biólogos sintéticos. Pero las proteínas sintéticas son notoriamente difíciles de manejar debido a las formas complejas y, a menudo, impredecibles en las que sus estructuras pueden plegarse. Incluso el plegamiento incorrecto menor de las proteínas cambia las propiedades de una proteína, lo que significa que construir poros sintéticos a partir de proteínas puede ser riesgoso y llevar mucho tiempo.

Un enfoque más sencillo es la denominada "ingeniería racional" que utiliza bloques de construcción de ADN similares a los de Lego. Aunque generalmente se conoce como código genético de la vida, Hebras de ADN, que son químicamente mucho más simples que las proteínas, son mucho más fáciles y predecibles de trabajar que las proteínas. Como tales, son un material útil para construir estructuras a nanoescala en el laboratorio.

"El ADN es un material de construcción que sigue reglas muy simples", dijo el Dr. Stefan Howorka (Química UCL). "Las nuevas nanoestructuras se pueden diseñar fácilmente mediante un programa informático, y los elementos encajan como ladrillos de Lego. Para que podamos construir más o menos lo que queramos ".

Usando este enfoque, El equipo construyó un tubo diminuto que mide solo 14 nanómetros de largo y 5,5 nanómetros de ancho (alrededor de 10, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano). Esto formó la parte principal de su nanoporo artificial. Sin embargo, para insertar el tubo en una membrana celular, Había que abordar un desafío clave:la estructura basada en ADN soluble en agua no se incrustará en la membrana grasosa que está compuesta de lípidos.

Para superar esto, los científicos unieron químicamente al tubo de ADN dos grandes anclas, hecho de moléculas que tienen una afinidad natural por los lípidos. Estas estructuras pudieron luego incrustar el tubo en la membrana. Estas estructuras, que se basan en porfirinas de origen natural, fueron diseñados por un grupo dirigido por el Dr. Eugen Stulz (Universidad de Southampton).

"Las moléculas de porfirina tienen características ideales para nuestros propósitos, "Explica Stulz." Son un ancla de membrana fuerte, que bloquea el nanoporo de forma segura en la membrana lipídica. Además, son fluorescentes, lo que significa que son fáciles de ver y estudiar. Esto los hace superiores a otras tecnologías ".

Los poros se caracterizaron con mediciones eléctricas y de fluorescencia en colaboración con el Dr. Ulrich Keyser (Laboratorio Cavendish, Cambridge).

La simplicidad de autoensamblar una estructura con solo dos anclajes (estudios anteriores utilizaron 26 o incluso 72 de estos anclajes) agiliza enormemente el diseño y la síntesis de nanoporos.

"En el futuro, Este nuevo proceso nos permitirá adaptar los nanoporos de ADN para una gama mucho más amplia de aplicaciones de las que son posibles actualmente. "Dice Keyser.

La capacidad de crear canales sintéticos a través de membranas lipídicas permite numerosas aplicaciones en las ciencias de la vida. En la primera instancia, Los nanoporos de ADN son de gran interés para la biodetección, como el análisis rápido de ADN.

Pero también se puede esperar que los poros adaptados ayuden al desarrollo de nuevos fármacos. Los fármacos prototipo suelen estar diseñados para afectar un objetivo biológico, pero no están diseñados para cruzar la membrana celular. Los poros autoensamblados proporcionan una ruta para que los medicamentos pasen a las células, permitiendo un cribado preclínico de actividad mucho más rápido.