Los investigadores están ampliando constantemente su arsenal de métodos para descifrar la organización espacial de las estructuras biológicas. Usando microscopios, ahora pueden visualizar componentes macromoleculares individuales dentro del ADN, proteína, u otros complejos. Sin embargo, esta resolución normalmente requiere un equipo sofisticado aplicado a muestras especialmente procesadas, y es difícil observar simultáneamente muchos tipos de moléculas, especialmente a alta densidad y rendimiento, o interacciones dinámicas.

Evitando la necesidad de costosos microscopios, algunos enfoques bioquímicos recientes unen sondas de ADN con códigos de barras a objetivos moleculares y luego fusionan las de pares cercanos, a menudo mediante ligadura de ADN. Estos "registros" de ADN se leen posteriormente para su análisis. Debido a que estos métodos destruyen las sondas de ADN en el proceso de emparejamiento, sin embargo, la información adquirida de cada objetivo molecular no puede incluir más de una interacción, ni múltiples a la vez ni uno que cambia con el tiempo. Tales métodos pueden limitar severamente la calidad de cualquier reconstrucción computacional posterior, y hacen imposible la reconstrucción de complejos individuales.

Para superar estas limitaciones, un equipo en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard dirigido por el miembro de la Facultad Central Peng Yin, Doctor., ahora ha desarrollado un método basado en nanotecnología de ADN que permite la repetición, registro no destructivo de emparejamientos moleculares con códigos de barras únicos, renderizando una vista detallada de sus componentes y geometrías. En el futuro, el enfoque podría ayudar a los investigadores a comprender cómo los cambios en los complejos moleculares controlan los procesos biológicos en las células vivas. El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

"Nuestro método, que llamamos "Grabación de proximidad cíclica automática" (APR), esencialmente actúa como un registrador bioquímico continuo de las estructuras moleculares, "dijo Yin, quien también es profesor de Biología de Sistemas en la Escuela de Medicina de Harvard. "APR nos permite mirar muchas proximidades de forma simultánea y repetida, y con mínima alteración de la estructura. Al evaluar el complemento completo de todos esos pares en muchos ciclos, podemos crear una vista detallada de una estructura molecular e incluso observar diferentes estados estructurales de los mismos objetivos ".

Como prueba de principio, el equipo diseñó múltiples sondas de ADN in silico, y sintetizarlos y unirlos a objetivos moleculares contenidos en las geometrías prescritas de nanoestructuras de origami de ADN. A través de esta nueva ingeniería, Mecanismo bioquímico dirigido por ADN, un registro en forma de una cadena de ADN con código de barras se sintetiza en la estructura si y solo si dos de estas sondas de ADN están lo suficientemente próximas entre sí ("registro de proximidad"). Los registros se publican a medida que se sintetizan, y luego recolectada para análisis de secuencia.

A diferencia de otros métodos bioquímicos, cada objetivo de APR individual puede producir más de 30 registros de ADN ("ciclo automático"), permitiendo una recopilación de datos sólida. Después de recopilar todos los registros de ADN, el equipo compiló sus secuencias y reconstruyó con éxito la geometría de las nanoestructuras sintéticas. Por lo tanto, el enfoque funciona como un 'nanoscopio de ADN', que utiliza bioquímica de ADN diseñada específicamente para visualizar pares de blancos en un objeto molecular. Ampliando estas nuevas capacidades, los investigadores de Wyss incluso pudieron documentar cambios en el estado de nanoestructuras individuales, planteando la posibilidad de que el enfoque se pueda utilizar para correlacionar las transiciones estructurales en complejos moleculares con sus funciones biológicas.

"Mediante el uso de anticuerpos y otros agentes ampliamente utilizados para dirigir las sondas de ADN a objetivos moleculares, Podríamos aplicar la tecnología APR para decodificar los componentes y geometrías de complejos biológicos, "dijo Thomas Schaus, MARYLAND., Doctor., un científico del personal del Instituto Wyss que, como primer autor del estudio junto con Yin, desarrolló APR. "El hecho de que los registros de ADN individuales contengan códigos de barras secuenciables y que el método sea escalable puede permitirnos algún día seguir, individualmente, miles o millones de macromoléculas en una vía bioquímica ".

"El desarrollo de APR como un medio nanotecnológico para descifrar estructuras moleculares sin la necesidad de microscopios elaborados y costosos realmente ilustra cómo la iniciativa de Robótica Molecular recientemente lanzada por el Instituto Wyss puede afectar la investigación y el desarrollo de biología estructural en muchos laboratorios, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard.