Los biofísicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich han utilizado una nueva variante de microscopía de súper resolución para visualizar todas las hebras de una nanoestructura basada en ADN por primera vez. El método promete optimizar el diseño de tales estructuras para aplicaciones específicas.

El término 'origami de ADN' se refiere a un método para el diseño y autoensamblaje de estructuras moleculares complejas con precisión nanométrica. La técnica aprovecha las interacciones de emparejamiento de bases entre moléculas de ADN monocatenarias de secuencia conocida para generar intrincadas nanoestructuras tridimensionales con formas predefinidas en números arbitrariamente grandes. El método tiene un gran potencial para una amplia gama de aplicaciones en la investigación biológica y biofísica básica. Por lo tanto, los investigadores ya están utilizando origami de ADN para desarrollar nanomáquinas funcionales. En este contexto, la capacidad de caracterizar la calidad del proceso de montaje es vital. Ahora un equipo dirigido por Ralf Jungmann, Profesor de Física Experimental en LMU Munich y Jefe del Laboratorio de Imagen Molecular y Bionanotecnología en el Instituto Max Planck de Bioquímica (Martinsried), informa un avance importante en este sentido. En la revista en línea Comunicaciones de la naturaleza , él y sus colegas describen un modo de microscopía de súper resolución que permite visualizar individualmente todas las hebras dentro de estas nanoestructuras. Esto les ha permitido concluir que el montaje se realiza de forma robusta en una amplia gama de condiciones, pero que la probabilidad de que una hebra determinada se incorpore eficazmente depende de la posición precisa de su secuencia diana en la estructura en crecimiento.

Las estructuras de origami de ADN se ensamblan esencialmente al permitir que una molécula de ADN monocatenaria larga (la cadena 'andamio') interactúe de manera controlada, de manera predefinida con un conjunto de hebras "básicas" más cortas. Estos últimos se unen a tramos específicos ('complementarios') de la hebra del andamio, doblándolo progresivamente en la forma deseada. "En nuestro caso, las hebras de ADN se autoensamblan en una estructura rectangular plana, que sirve como el bloque de construcción básico para muchos estudios basados ​​en origami de ADN en este momento, "dice Maximilian Strauss, primer autor conjunto del nuevo artículo, junto con Florian Schüder y Daniel Haas. Con la ayuda de una técnica de superresolución llamada DNA-PAINT, los investigadores pueden visualizar nanoestructuras con una resolución espacial sin precedentes, permitiéndoles tomar imágenes de cada una de las hebras en las nanoestructuras. "Así que ahora podemos visualizar directamente todos los componentes de la estructura del origami y determinar qué tan bien se ensambla, "dice Strauss.

Como sugiere su nombre, la propia técnica DNA-PAINT también hace uso de la especificidad de las interacciones DNA-DNA. Aquí, Para identificar los sitios que son accesibles para la unión, se utilizan cadenas cortas de "generador de imágenes" unidas a moléculas de colorante que se emparejan con secuencias complementarias. Las cadenas de Imager interactúan de forma transitoria pero repetitiva con sus sitios de destino, lo que da como resultado una señal "parpadeante". "Al comparar la información de las imágenes de fluorescencia individuales, somos capaces de alcanzar una resolución más alta, para que podamos inspeccionar toda la estructura en detalle, "Dice Strauss." Este fenómeno se puede entender de la siguiente manera. Digamos que estamos ante una casa con dos ventanas iluminadas. Visto desde cierta distancia parece como si la luz procediera de una sola fuente. Sin embargo, uno puede distinguir fácilmente entre las posiciones de las dos ventanas si las luces se encienden y apagan alternativamente ". El método permite a los investigadores determinar con precisión las posiciones de las hebras de grapas unidas, y la señal parpadeante específica emitida por las hebras del generador de imágenes revela los sitios que están disponibles para la unión.

Los resultados obtenidos con el método DNA-PAINT revelaron que las variaciones en varios parámetros físicos, como la velocidad general de formación de la estructura, tienen poca influencia en la calidad general del proceso de ensamblaje. Sin embargo, aunque su eficacia puede mejorarse mediante el uso de hebras de grapas adicionales, no todas las hebras se encontraron en todas las nanopartículas formadas, es decir, no todos los sitios disponibles fueron ocupados en todas las estructuras finales. "Al ensamblar nanomáquinas, por lo tanto, es aconsejable que los componentes individuales se agreguen en gran exceso y las posiciones de las modificaciones se elijan de acuerdo con nuestro mapeo de eficiencia de incorporación, "Dice Strauss.

Por tanto, el método DNA-PAINT proporciona un medio para optimizar la construcción de nanoestructuras de ADN. Además, los autores creen que la tecnología tiene un gran potencial en el campo de la biología estructural cuantitativa, ya que permitirá a los investigadores medir parámetros importantes como la eficiencia de etiquetado de anticuerpos, proteínas celulares y ácidos nucleicos directamente.