Un equipo de científicos de ASU y la Universidad Jiao Tong de Shanghai (SJTU) dirigido por Hao Yan, Profesor Milton Glick de ASU en la Facultad de Ciencias Moleculares, y director del Centro de Diseño Molecular y Biomimética del Instituto ASU Biodesign, acaba de anunciar la creación de un nuevo tipo de estructuras de meta-ADN que abrirán los campos de la optoelectrónica (incluido el almacenamiento de información y el cifrado), así como la biología sintética.

Esta investigación fue publicada hoy en Química de la naturaleza —De hecho, el concepto de autoensamblaje de meta-ADN puede transformar totalmente el mundo microscópico de la nanotecnología del ADN estructural.

Es de conocimiento común que la naturaleza predecible del emparejamiento de bases de Watson-Crick y las características estructurales del ADN han permitido que el ADN se utilice como un bloque de construcción versátil para diseñar estructuras y dispositivos a nanoescala sofisticados.

"Un hito en la tecnología del ADN fue sin duda la invención del origami de ADN, donde un ADN monocatenario largo (ssDNA) se pliega en formas designadas con la ayuda de cientos de hebras cortas de ADN, ", explicó Yan." Sin embargo, ha sido un desafío ensamblar arquitecturas de ADN de tamaño más grande (micrón a milímetro) que hasta hace poco ha limitado el uso de origami de ADN ". Las nuevas estructuras de tamaño micrón son del orden del ancho de un cabello humano que es 1000 veces más grande que las nanoestructuras de ADN originales.

Desde que adornó la portada de Ciencias Magazine en 2011 con sus elegantes nanoestructuras de origami de ADN, Yan y colaboradores han estado trabajando incansablemente, capitalizando la inspiración de la naturaleza, buscando resolver problemas humanos complejos.

"En esta investigación actual, desarrollamos una estrategia versátil de" meta-ADN "(M-ADN) que permitió que varias estructuras de ADN de tamaño submicrométrico a micrométrico se autoensamblaran de una manera similar a cómo simples hebras de ADN cortas se autoensamblan en el nivel de nanoescala, "dijo Yan.

El grupo demostró que una nanoestructura de origami de ADN de haz de 6 hélices en la escala submicrométrica (meta-ADN) podría usarse como un análogo ampliado del ADN de una sola hebra (ssDNA), y que dos meta-ADN que contienen "pares de meta-bases" complementarios podrían formar hélices dobles con inclinación lateral programada y pasos helicoidales.

Usando bloques de construcción de meta-ADN, han construido una serie de arquitecturas de ADN a escala submicrométrica a micrométrica, incluyendo uniones meta-multi-brazo, Poliedros 3-D, y varias celosías 2-D / 3-D. También demostraron una reacción de desplazamiento de cadena jerárquica en el meta-ADN para transferir las características dinámicas del ADN al meta-ADN.

Con la ayuda del profesor asistente Petr Sulc (SMS), utilizaron un modelo computacional de grano grueso del ADN para simular la estructura del ADN-M bicatenario y para comprender los diferentes rendimientos de las estructuras para diestros y zurdos que se obtuvieron. .

Más lejos, simplemente cambiando la flexibilidad local del M-DNA individual y sus interacciones, pudieron construir una serie de estructuras de ADN a escala submicrométrica o micrométrica de 1D a 3-D con una amplia variedad de formas geométricas, incluyendo metauniones, baldosas cruzadas meta-dobles (M-DX), tetraedros, octaedros, prismas, y seis tipos de celosías muy compactas.

En el futuro, circuitos más complicados, motores moleculares, y los nanodispositivos podrían diseñarse racionalmente utilizando M-DNA y utilizarse en aplicaciones relacionadas con la biosensibilidad y la computación molecular. Esta investigación hará que la creación de estructuras dinámicas de ADN a escala micrométrica, que son reconfigurables tras la estimulación, significativamente más factible.

Los autores anticipan que la introducción de esta estrategia de M-DNA transformará la nanotecnología del ADN de la escala nanométrica a la microscópica. Esto creará una gama de estructuras estáticas y dinámicas complejas en la escala submicrométrica y micrométrica que permitirá muchas aplicaciones nuevas.

Por ejemplo, estas estructuras pueden usarse como un andamio para modelar componentes funcionales complejos que son más grandes y más complejos de lo que antes se creía posible. Este descubrimiento también puede conducir a comportamientos más sofisticados y complejos que imitan la célula o los componentes celulares con una combinación de diferentes reacciones de desplazamiento de cadena jerárquica basadas en M-DNA.