Moverse, nanotecnólogos, y hacer espacio para los más grandes de los pequeños. Los científicos del Instituto Wyss de Harvard han construido un conjunto de jaulas de ADN autoensambladas de una décima parte del ancho de una bacteria. Las estructuras son algunas de las estructuras más grandes y complejas jamás construidas únicamente a partir de ADN, informan de la edición en línea de hoy de Ciencias .

Es más, los científicos los visualizaron utilizando un método de microscopía de súper resolución basado en ADN y obtuvieron las primeras imágenes ópticas 3D nítidas de nanoestructuras de ADN sintético intactas en solución.

En el futuro, los científicos podrían potencialmente revestir las jaulas de ADN para encerrar su contenido, envasado de medicamentos para su envío a tejidos. Y, como un armario espacioso, la jaula podría modificarse con ganchos químicos que podrían usarse para colgar otros componentes como proteínas o nanopartículas de oro. Esto podría ayudar a los científicos a desarrollar una variedad de tecnologías, incluidas pequeñas plantas de energía, minúsculas fábricas que producen especialidades químicas, o sensores fotónicos de alta sensibilidad que diagnostican enfermedades detectando moléculas producidas por tejido anormal.

"Veo posibilidades interesantes para esta tecnología, "dijo Peng Yin, Doctor., miembro de la facultad principal del Instituto Wyss y profesor asistente de biología de sistemas en la Facultad de medicina de Harvard, y autor principal del artículo.

Construyendo con ADN

El ADN es más conocido como guardián de la información genética. Pero los científicos en el campo emergente de la nanotecnología del ADN están explorando formas de usarlo para construir estructuras diminutas para una variedad de aplicaciones. Estas estructuras son programables, en que los científicos pueden especificar la secuencia de letras, o bases, en el ADN, y esas secuencias luego determinan la estructura que crea.

Hasta ahora, la mayoría de los investigadores en el campo han utilizado un método llamado origami de ADN, en el que hebras cortas de ADN grapan dos o tres segmentos separados de una hebra mucho más larga, haciendo que esa hebra se doble en una forma precisa. El origami de ADN fue iniciado en parte por William Shih, miembro de la facultad central del Wyss Institute, Doctor., quien también es profesor asociado en el Departamento de Química Biológica y Farmacología Molecular de la Facultad de Medicina de Harvard y el Departamento de Biología del Cáncer en el Instituto del Cáncer Dana-Farber.

El equipo de Yin ha construido diferentes tipos de estructuras de ADN, incluyendo un conjunto modular de piezas llamadas placas de ADN de una sola hebra o ladrillos de ADN. Como ladrillos LEGO®, estas partes se pueden agregar o quitar de forma independiente. A diferencia de los ladrillos LEGO®, se autoensamblan espontáneamente.

Pero para algunas aplicaciones, Los científicos podrían necesitar construir estructuras de ADN mucho más grandes que las que nadie ha construido hasta ahora. Entonces, para agregar a su kit de herramientas, El equipo de Yin buscó bloques de construcción mucho más grandes para combinar.

Desafíos de ingeniería

Yin y sus colegas utilizaron por primera vez el origami de ADN para crear bloques de construcción extragrandes con la forma del trípode de un fotógrafo. El plan era diseñar las patas del trípode para que se unieran de un extremo a otro para formar poliedros:objetos con muchas caras planas que a su vez son triángulos. rectángulos u otros polígonos.

Pero cuando Yin y los tres autores principales del artículo, Ryosuke Iinuma, ex becario visitante del Instituto Wyss, Yonggang Ke, Doctor., un ex becario postdoctoral de Wyss que ahora es profesor asistente de ingeniería biomédica en el Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Emory, y Ralf Jungman, Doctor, un becario postdoctoral de Wyss, construyó trípodes más grandes y trató de ensamblarlos en poliedros, las patas de los grandes trípodes se abrían y se tambaleaban, lo que les impidió hacer poliedros en absoluto.

Los investigadores solucionaron ese problema construyendo un puntal horizontal para estabilizar cada par de piernas, al igual que un fabricante de muebles usaría un trozo de madera para unir las patas de una silla que se tambalea.

Para pegar las patas del trípode de un extremo a otro, aprovecharon el hecho de que las cadenas de ADN coincidentes se emparejan y se adhieren entre sí. Dejaron una etiqueta de ADN colgando de la pata de un trípode, y una etiqueta a juego en la pata de un trípode diferente con el que querían emparejarlo.

El equipo programó el ADN para que se doblara en trípodes resistentes 60 veces más grandes que los bloques de construcción similares a trípodes de ADN anteriores y 400 veces más grandes que los ladrillos de ADN. Luego, esos trípodes se autoensamblaron en un tipo específico de poliedro tridimensional, todo en un solo tubo de ensayo.

Ajustando la longitud del puntal, construyeron trípodes que iban desde verticales hasta patas abiertas. Más trípodes verticales formaron poliedros con menos caras y ángulos más agudos, como un tetraedro, que tiene cuatro caras triangulares. Más trípodes de patas abiertas formaron poliedros con más caras, como un prisma hexagonal, que tiene forma de rueda de queso y ocho caras, including its top and bottom.

En todo, they created five polyhedra:a tetrahedron, a triangular prism, a cube, a pentagonal prism, and a hexagonal prism.

Ultrasharp snapshots

After building the cages, the scientists visualized them using a DNA-based microscopy method Jungmann had helped developed called DNA-PAINT. In DNA-PAINT, short strands of modified DNA cause points on a structure to blink, and data from the blinking images reveal structures too small to be seen with a conventional light microscope. DNA-PAINT produced ultrasharp snapshots of the researchers' DNA cages – the first 3D snapshots ever of single DNA structures in their native, watery environment.

"Bioengineers interested in advancing the field of nanotechnology need to devise manufacturing methods that build sturdy components in a highly robust manner, and develop self-assembly methods that enable formation of nanoscale devices with defined structures and functions, " said Wyss Institute Founding Director Don Ingber, MARYLAND., Doctor. "Peng's DNA cages and his methods for visualizing the process in solution represent major advances along this path."