Inspirándose en la forma en que las moléculas interactúan en la naturaleza, los investigadores médicos de la UNSW diseñan máquinas versátiles a nanoescala para permitir un mayor rango funcional.

Para resistir las condiciones desafiantes dentro de los organismos vivos, las máquinas moleculares deben construirse de forma duradera para un funcionamiento continuo durante largos períodos. Al mismo tiempo, necesitan adaptarse a diferentes necesidades y a su entorno cambiante cambiando rápidamente los componentes moleculares para reconfigurar la maquinaria.

Un equipo, dirigido por el A/Prof. Lawrence Lee de UNSW Medicine &Health's EMBL Australia Node in Single Molecule Science, informa cómo diseñaron y construyeron máquinas moleculares de intercambio rápido con estabilidad en la revista ACS Nano .

"Adoptamos un enfoque de biología sintética para este problema mediante la construcción de una máquina nanoscópica artificial que utiliza componentes de ADN y proteínas. Ser capaz de intercambiar subunidades aumenta la funcionalidad, tal como lo observamos en biología", dijo A/Prof. Lee, investigador de la Facultad de Ciencias Médicas de la UNSW y del Centro de Excelencia en Biología Sintética del ARC.

Él y su equipo diseñaron máquinas moleculares doblando hebras de ADN en formas tridimensionales, una técnica llamada origami de ADN. Demostraron que sus nanomáquinas de ADN podían transportar cargas de ADN y proteínas y, en general, serían compatibles con otras biomoléculas y nanopartículas. La carga se une en múltiples sitios al receptor de ADN y puede ser desplazada por una nueva carga a través de un proceso de unión competitiva, cuando hay otra carga presente en la solución.

Un ejemplo de una de las máquinas de la naturaleza que encarna la paradoja de la estabilidad y el intercambio rápido es una máquina celular que hace copias de ADN:el replisoma de ADN. El mecanismo de intercambio competitivo utilizado por el replisoma para lograr simultáneamente estas propiedades opuestas se propuso en una publicación anterior en Nucleic Acid Research del equipo del Prof. Antoine van Oijen de la Universidad de Woollongong, quien también es coautor del estudio actual.

A/Prof. Lee y su equipo ahora han dado vida a esta teoría utilizando nanotecnología de ADN e ingeniería de proteínas. "Es el primer sistema sintético que ha utilizado este llamado principio de 'intercambio competitivo en múltiples sitios'", dijo.

Se han reportado otros mecanismos que confieren las propiedades duales de robustez y rápido intercambio, pero hasta ahora, esta dicotomía no ha sido posible con otras biomoléculas.

"Hasta ahora, todas las máquinas moleculares sintetizadas con nanotecnología de ADN se activan mediante el intercambio de una hebra de ADN, pero intercambiar solo ADN es un poco limitante. Nuestros hallazgos amplían la complejidad funcional disponible para la nanotecnología de ADN", dijo A/Prof. Lee.

Él cree que hay una gran cantidad de conocimiento en la naturaleza para que los investigadores de nanotecnología lo aprovechen. "El intercambio rápido y el mantenimiento de una alta estabilidad parecen ser dos estados incompatibles, pero hay muchas máquinas a nanoescala de la naturaleza que se comportan de esta manera".

El campo de la nanotecnología del ADN todavía está en pañales. Si bien hay muchos más desafíos de diseño que superar para que los investigadores puedan aprovechar todo el potencial de las máquinas moleculares, la capacidad de crear máquinas que puedan actuar de forma autónoma y adaptarse a los cambios en el medio ambiente reemplazando diferentes biomoléculas es un gran paso hacia una gama de aplicaciones, desde la construcción de materiales inteligentes receptivos hasta la administración de medicamentos terapéuticos en células enfermas y mucho más. + Explora más

Cómo los químicos construyen líneas de ensamblaje molecular