Los químicos físicos han ideado un motor rodante basado en ADN que es 1, 000 veces más rápido que cualquier otro motor de ADN sintético, dándole potencial para aplicaciones del mundo real, como el diagnóstico de enfermedades. Nanotecnología de la naturaleza está publicando el hallazgo.

"A diferencia de otros motores basados ​​en ADN sintético, que usan piernas para 'caminar' como pequeños robots, el nuestro es el primer motor de ADN rodante, haciéndolo mucho más rápido y robusto, "dice Khalid Salaita, el químico de la Universidad de Emory que dirigió la investigación. "Es como el equivalente biológico de la invención de la rueda para el campo de las máquinas de ADN".

La velocidad del nuevo motor basado en ADN, que funciona con ribonucleasa H, significa que un simple microscopio de teléfono inteligente puede capturar su movimiento a través de video. Los investigadores han presentado una patente de divulgación de invención por el concepto de utilizar el movimiento de partículas de su motor molecular rodante como sensor para todo, desde una sola mutación de ADN en una muestra biológica hasta metales pesados ​​en el agua.

"Nuestro método ofrece una forma de hacer diagnósticos de baja tecnología en entornos con recursos limitados, "Dice Salaita.

El campo de los motores basados ​​en ADN sintético, también conocidos como nano-caminantes, tiene unos 15 años. Los investigadores se esfuerzan por duplicar la acción de los nanocaminadores de la naturaleza. Miosina por ejemplo, son diminutos mecanismos biológicos que "caminan" sobre filamentos para transportar nutrientes por todo el cuerpo humano.

"Es lo último en ciencia ficción, "Salaita dice sobre la búsqueda para crear pequeños robots, o nano-bots, que podría programarse para cumplir con sus ofertas. "La gente ha soñado con enviar nano-bots para administrar medicamentos o reparar problemas en el cuerpo humano".

Hasta aquí, sin embargo, Los esfuerzos de la humanidad han quedado muy por debajo de la miosina de la naturaleza, que acelera sin esfuerzo en sus diligencias biológicas. "La capacidad de la miosina para convertir la energía química en energía mecánica es asombrosa, "Dice Salaita." Son los motores más eficientes que conocemos hoy ".

Algunos nanocaminadores sintéticos se mueven sobre dos piernas. Son esencialmente enzimas hechas de ADN, impulsado por el catalizador de ARN. Estos nano-caminantes tienden a ser extremadamente inestables, debido a los altos niveles de movimiento browniano a nanoescala. Otras versiones con cuatro, e incluso seis, las piernas han demostrado ser más estables, pero mucho más lento. De hecho, su ritmo es glacial:un motor de cuatro patas basado en ADN necesitaría unos 20 años para moverse un centímetro.

Kevin Yehl, becario postdoctoral en el laboratorio Salaita, tuvo la idea de construir un motor basado en ADN usando una esfera de vidrio del tamaño de una micra. Cientos de hebras de ADN, o "piernas, Se permite que se unan a la esfera. Estas patas de ADN se colocan en un portaobjetos de vidrio recubierto con el reactivo:ARN.

Las patas del ADN se atraen al ARN, pero tan pronto como ponen un pie en él, lo destruyen mediante la actividad de una enzima llamada RNasa H. A medida que las piernas se unen y luego se liberan del sustrato, guían la esfera a lo largo, permitiendo que más de las patas del ADN sigan uniéndose y tirando.

"Se llama mecanismo de puente quemado, "Explica Salaita." Dondequiera que pasen las piernas del ADN, pisotean y destruyen el reactivo. Tienen que seguir moviéndose y dar un paso donde no han pisado para encontrar más reactivo ".

La combinación del movimiento rodante, y la velocidad de la enzima RNasa H sobre un sustrato, le da al nuevo motor DNA su estabilidad y velocidad.

"Nuestro motor basado en ADN puede viajar un centímetro en siete días, en lugar de 20 años, haciéndolo 1, 000 veces más rápido que las versiones anteriores, "Dice Salaita". De hecho, Los motores de miosina de la naturaleza son solo 10 veces más rápidos que los nuestros, y les llevó miles de millones de años evolucionar ".

Los investigadores demostraron que sus motores rodantes pueden usarse para detectar una sola mutación del ADN midiendo el desplazamiento de partículas. Simplemente pegaron lentes de dos punteros láser económicos a la cámara de un teléfono inteligente para convertir el teléfono en un microscopio y capturar videos del movimiento de las partículas.

"Con un teléfono inteligente, podemos obtener una lectura de cualquier cosa que interfiera con la reacción enzima-sustrato, porque eso cambiará la velocidad de la partícula, "Salaita dice". Por ejemplo, podemos detectar una sola mutación en una cadena de ADN ".

Así de simple, El método de baja tecnología podría ser útil para realizar la detección de diagnóstico de muestras biológicas en el campo, o en cualquier lugar con recursos limitados.

La prueba de que los motores giran vino por accidente, Salaita agrega. Durante sus experimentos, dos de las esferas de vidrio ocasionalmente se pegaron, o dimerizado. En lugar de hacer un camino errante, dejaron un par de rectos, pistas paralelas a través del sustrato, como una cortadora de césped cortando hierba.

"Es el primer ejemplo de un motor molecular sintético que va en línea recta sin una pista o un campo magnético que lo guíe, "Dice Salaita.

Además de Salaita y Yehl, los coautores de la Nanotecnología de la naturaleza papel incluyen a los investigadores de Emory Skanda Vivek, Yang Liu, Yun Zhang, Eric Weeks, Andrew Mugler (que ahora está en la Universidad de Purdue) y Mengzhen Fan (Universidad de Oxford).