Las entidades replicantes. Crédito:(c) Junghoon Kim et al. Nanotecnología de la naturaleza , doi:10.1038 / nnano.2015.87
(Phys.org) - ¿Es posible diseñar nanomateriales autorreplicantes? Podría serlo si tomamos prestados los componentes básicos de la naturaleza. El ADN es una molécula autorreplicante donde sus componentes, nucleótidos, tienen interacciones químicas específicas que permiten el diseño de estructuras autoensambladas. En sistemas biológicos, El ADN se replica con la ayuda de proteínas. Sin embargo, Junghoon Kim, Junwye Lee, Shogo Hamada, Satoshi Murata, y Sung Ha Park de la Universidad de Sungkyunkwan y la Universidad de Tohoku han diseñado un sistema de autorreplicación controlable que no requiere proteínas. Su trabajo aparece en Nanotecnología de la naturaleza .
Para comprender cómo funciona este proceso de autorreplicación, es importante conocer los diferentes componentes. Kim y col. diseñó dos motivos T de ADN, r 1 y r 2 , que son ADN bicatenario compuesto por dominios funcionales, etiquetados alfa y beta, y extremos "pegajosos" como puntos de conexión. También diseñaron un motivo de extensión. Doce unidades de la r 1 motivo autoensamblado en un pequeño anillo, R 1 , y doce unidades de r 2 más doce motivos de extensión autoensamblados en un anillo más grande, R 2 .
Estos componentes pueden estar en dos estados diferentes, "fertilizado" o "no fertilizado". Las estructuras fertilizadas contienen las características necesarias para la replicación. La fertilización ocurre cuando un dominio alfa o beta monocatenario de un r 1 o r 2 El motivo se une a una hebra que tiene un dominio alfa o beta complementario. Esto deja una protuberancia de una sola hebra, o toehold, que se extiende desde el anillo o desde el motivo original. Las punteras indican que el anillo o motivo está fertilizado.
Estos puntos de apoyo que se extienden desde el anillo de ADN se unen a hebras invasoras complementarias. Cuando esto pasa, la estructura hibridada que consta de la puntera y la hebra invasora se desprende del anillo inicial, y eventualmente, a medida que estas piezas se rompen debido a la migración de las ramas, se autoensamblan en otro anillo.
Este proceso continúa a través de dos vías de replicación diferentes. Una vía crece exponencialmente. La otra vía crece según la secuencia de Fibonacci. La ruta particular que se tome depende de qué hebras invasoras se agreguen al sistema.
Los autores verificaron que las poblaciones de anillos de ADN crecieron a través de este proceso mediado por puntos de apoyo con AFM y estudios de absorbancia. Para los estudios AFM, tomaron una pequeña muestra de cada fase y determinaron el número promedio de anillos presentes en esa fase. Los datos de absorbancia se ajustaron para determinar la concentración relativa de anillos en cada fase.
También verificaron que los anillos hijos eran el resultado de la hibridación con los puntos de apoyo de una sola hebra del anillo inicial y no el resultado del autoensamblaje de motivos de ADN residual en solución mediante electroforesis en gel y extrayendo los productos de ADN de cada fase. Las fases individuales se estudiaron con AFM y se agregaron hebras invasoras a una solución durante cada una de las fases para ver si se formaban anillos.
Kim, et al. demostraron que la autorreplicación a nanoescala puede ocurrir utilizando las propiedades termodinámicas del desplazamiento de la hebra mediado por los dedos del pie y las capacidades de autoensamblaje de los motivos de ADN. En este estudio, los motivos T de ADN sintético se autoensamblan en estructuras que permiten que se produzcan reacciones secuenciales. Esta investigación demuestra la posibilidad de nanoestructuras autorreplicantes funcionalmente programables.
© 2015 Phys.org
