Al agregar hebras de ADN a una solución que contiene nanobarras de oro, Los investigadores de A * STAR han creado un sistema notablemente simple que puede "calcular" operaciones lógicas básicas como OR y NOT en respuesta a entradas moleculares específicas. Esto tiene aplicaciones potenciales en sistemas de diagnóstico rápidos y complejos.

Los diagnósticos clínicos a menudo se basan en la detección de patógenos y biomarcadores de enfermedades a partir de muestras de sangre u otros fluidos biológicos de los pacientes. La mayoría de estas pruebas producen un resultado simple "verdadero" o "falso" para la presencia de un único biomarcador. La capacidad de realizar operaciones lógicas como Y y O para dos o más biomarcadores podría aumentar en gran medida el poder de diagnóstico de tales pruebas. El progreso en la construcción de puertas lógicas biomoleculares se ve obstaculizado por las modificaciones complejas y químicamente exigentes necesarias para producir sistemas lógicos prácticos.

Xiao Di Su y sus colegas del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales y el University College London han ideado un sistema de diagnóstico altamente versátil y confiable que utiliza nanobarras de oro. ADN y proteínas, que es fácil de crear y ofrece el potencial para operaciones informáticas sofisticadas basadas en lógica.

"Hemos tomado la regulación de genes humanos, uno de los mecanismos más precisos de la naturaleza, y lo aplicó para desarrollar la base de una nueva tecnología en el campo de la biocomputación, "dice Su.

Las nanovarillas de oro absorben la luz en longitudes de onda específicas determinadas por las dimensiones de las varillas, pero el grado de absorción está controlado por la agregación de las nanovarillas en solución. Su y sus colegas descubrieron que cuando se agregaba ADN bicatenario (dsDNA) a la solución de nanovarillas, la agregación de las nanovarillas podría controlarse de forma fiable mediante la concentración de dsDNA.

Para demostrar el sistema, los investigadores crearon la solución utilizando segmentos de ADN que contienen la secuencia de ADN para los elementos del receptor de estrógeno (ER), lo que permitiría al sistema responder a la adición de proteínas ER. Descubrieron que el sistema podría configurarse para dar un resultado de OR, un cambio de un nivel de absorbancia 'bajo' a 'alto' cuando una o ambas de las dos variantes de ER diferentes (ERα y ERβ) también se agregaron a la solución. como un resultado NO en respuesta a la adición de dsDNA. Luego, el equipo demostró otras funciones lógicas (IMPLY, FALSO, VERDADERO y BUFFER), que cuando se dispusieron en serie formaron la base para operaciones lógicas más complejas.

"Este es un sencillo plataforma altamente versátil que no depende de la funcionalización de nanomateriales u otros métodos de fabricación complicados, y demuestra el enorme potencial de las aplicaciones inspiradas en la naturaleza que utilizan eventos de unión biológica para manipular las propiedades ópticas de los nanomateriales, "dice Su.