Algunos laboratorios de bioquímica modelan proteínas en formas complejas, construyendo el ADN nanotecnológico equivalente de la arquitectura barroca o rococó. Yamuna Krishnan, sin embargo, prefiere dispositivos estructuralmente minimalistas.

"La filosofía de nuestro laboratorio es de diseño minimalista, "dijo Krishnan, profesor de química. "Limita con lo brutalista. Funcional sin campanas ni silbidos. Hay varios laboratorios que diseñan el ADN en formas maravillosas, pero dentro de un sistema vivo, se necesita la menor cantidad de ADN posible para realizar el trabajo ".

Ese trabajo consiste en actuar como cápsulas de administración de fármacos o como herramientas de diagnóstico biomédico.

En 2011, Krishnan y su grupo, luego en el Centro Nacional de Ciencias Biológicas en Bangalore, India, se convirtió en el primero en demostrar el funcionamiento de una nanomáquina de ADN dentro de un organismo vivo. Esta nanomáquina, llamado I-switch, pH subcelular medido con un alto grado de precisión. Desde 2011, Krishnan y su equipo han desarrollado una paleta de sensores de pH, cada uno ajustado al pH del orgánulo objetivo.

El verano pasado, el equipo informó de otro logro:el desarrollo de un nanosensor de ADN que puede medir la concentración fisiológica de cloruro con un alto grado de precisión.

"Yamuna Krishnan es uno de los principales practicantes de la nanotecnología de ADN de orientación biológica, "dijo Nadrian Seeman, el padre del campo y profesor de química Margaret y Herman Sokol en la Universidad de Nueva York. "Estos tipos de sensores intracelulares son exclusivos de mi conocimiento, y representan un gran avance para el campo de la nanotecnología del ADN ".

Sensor de cloruro

El cloruro es el más abundante, soluble, Molécula cargada negativamente en el cuerpo. Y sin embargo, hasta que el grupo Krishnan introdujo su sensor de cloruro, llamado Clensor, no había una forma práctica y efectiva de medir las reservas intracelulares de cloruro.

"Lo que es especialmente interesante de este sensor es que es completamente independiente del pH, Seeman dijo:una desviación significativa del esquema anterior de Krishnan. "Pasó varios años desarrollando sensores de pH que funcionan de forma intracelular y proporcionan una señal fluorescente como consecuencia de un cambio de pH".

La capacidad de registrar las concentraciones de cloruro es importante por muchas razones. El cloruro juega un papel importante en neurobiología, por ejemplo. Pero el calcio y el sodio, ambos iones cargados positivamente, tienden a apoderarse de la mayor parte de la gloria neurobiológica debido a su papel en la excitación neuronal.

"Pero si quieres que tu neurona se active de nuevo, tienes que devolverlo a su estado normal. Tienes que dejar de disparar ", Dijo Krishnan. Esto se llama" inhibición neuronal, "lo que hace el cloruro.

"Es importante para restablecer su neurona para una segunda ronda de disparo, de lo contrario, todos podríamos usar nuestro cerebro solo una vez, " ella dijo.

Bajo circunstancias normales, el transporte de iones de cloruro ayuda al cuerpo a producir adelgazamiento, moco que fluye libremente. Pero un defecto genético resulta en una enfermedad potencialmente mortal:la fibrosis quística. La capacidad de Clensor para medir y visualizar la actividad proteica de moléculas como la relacionada con la fibrosis quística transmembrana podría conducir a ensayos de alto rendimiento para detectar sustancias químicas que restablezcan el funcionamiento normal del canal de cloruro.

Nueve enfermedades

"Se podría usar esto para observar la actividad del canal de iones cloruro en una variedad de enfermedades, "Krishnan dijo." Los seres humanos tenemos nueve canales de iones de cloruro, y la mutación de cada uno de estos canales da como resultado nueve enfermedades diferentes ". Entre ellas se encuentran la osteopetrosis, sordera, distrofia muscular y distrofia macular de Best.

Las capacidades de detección de pH del I-switch, mientras tanto, son importantes porque las células contienen múltiples orgánulos que mantienen valores específicos de acidez. Las células necesitan estos diferentes microambientes para llevar a cabo reacciones químicas especializadas.

"Cada orgánulo subcelular tiene un valor de acidez en reposo específico, y que la acidez es fundamental para su función, ", Dijo Krishnan." Cuando el pH no es el valor que debe tener, da lugar a una variedad de enfermedades diferentes ".

Existen 70 enfermedades raras llamadas trastornos de almacenamiento lisosómico, que son progresivos y a menudo fatales. Cada uno, incluida la enfermedad de Batten, Enfermedad de Niemann-Pick, Enfermedad de Pompe y enfermedad de Tay-Sachs:representa una forma diferente en la que un lisosoma puede deteriorarse. Ella comparó un lisosoma defectuoso con un cubo de basura que nunca se vacía.

"El lisosoma es básicamente responsable de masticar toda la basura y asegurarse de que se reutilice o se elimine. Es el orgánulo más ácido de la célula". Y esa acidez es crucial para el proceso de degradación.

Aunque existen 70 enfermedades por almacenamiento lisosómico, Los medicamentos de molécula pequeña están disponibles solo para algunos de ellos. Estos tratamientos existentes (terapias de reemplazo de enzimas) son costosos y solo son tratamientos paliativos. Uno de los objetivos del grupo de Krishnan es demostrar la utilidad de sus sensores de pH para descubrir nuevos conocimientos biológicos sobre estas enfermedades. El desarrollo de fármacos de moléculas pequeñas, que son estructuralmente más simples y más fáciles de fabricar que los fármacos biológicos tradicionales, podría resultar de gran ayuda.

"Si podemos hacer esto para una o dos enfermedades lisosomales, habrá esperanza para los otros 68, "Krishnan dijo.