NeoFronteras

Nuevos logros en nanotecnología consiguen crear nanorrobots que andan en una dirección específica o llevan carga de un sitio a otro.

Pie-de-foto. Fuente: Paul Michelotti.

Dos equipos independientes han creado robots de ADN que imitan mecanismos biológicos a escala molecular gracias los que pueden andar de manera independiente a lo largo de rutas definidas o llevar una carga de un punto a otro. Los experimentos, que son una combinación de los conocimientos que hay sobre la estructura y la dinámica del ADN, sugieren que los nanorrobots pronto podrían funcionar de manera autónoma para realizar tareas útiles.
La meta, según un miembro del Caltech, sería rediseñar la compleja maquinaria biomecánica de nuestras células para utilizarla para nuestros propios propósitos. Se podrían tener sistemas que actúen a nivel molecular como factorías químicas o que lleven carga de un lugar a otro.
Hasta ahora los biofísicos han ideado dos maneras de crear estos robots moleculares. El primero, conocido como “caminante de ADN”, tiene un cuerpo y pie hechos de ADN y un ancla hecha con una hebra de ADN que une el pie a la superficie. Cuando diferentes tipos de hebras se colocan delante del andador éste prefiere unirse a ellas y se mueve hacia delante. El segundo se conoce como araña molecular (aunque se comporta más bien como una “oveja molecular”) y consiste en un cuerpo de proteína (estreptavidina) y unas patas de ADN que químicamente parten las hebras de ADN que hay sobre la superficie. Si se coloca la araña sobre la superficie, simplemente va mordisqueando su camino a lo largo de una pradera de ADN, avanzando hacia donde hay más “hierba” que mascar.
Pero el problema con estos robots era que se movían lentamente y sin objetivo. Idealmente, los investigadores quisieran que avanzaran en una dirección dada mientras realizan alguna tarea útil.
Ahora estos dos grupos de investigadores han dado con la primera solución a este problema explotando el desarrollo del ADN estructural, a veces llamado “origami estructural”. Este truco es similar a algo así como un tablero sobre el que pueden ser pegadas muchos tipos de moléculas, pero en este contexto proporciona una senda ideal por la que caminantes y arañas moleculares se pueden mover.
El origami de ADN es una invención de Paul W. K. Rothemund del Caltech. Consiste en una estructura autoensamblada hecha de ADN que puede ser programada para producir cualquier tipo de patrón y forma (caras sonrientes, mapas del hemisferio Occidental o diagramas de circuitos). Explotando las propiedades de reconocimiento de secuencias del ADN, el origami puede ser creado a partir de una hebra simple de ADN y una mezcla de cortas hebras sintéticas de ADN que se unen y grapan unas a otras hasta lograr la forma deseada.
El grupo de Milan Stojanovic y sus colaboradores de Columbia University, Arizona State University, University of Michigan y California Institute of Technology han programado un camino estrecho de origami de ADN con una ruta para una araña molecular. Usando un microscopio de fuerza atómica han podido ver cómo la araña se movía hacia adelante en línea recta, dejando un rastro de ADN partido (“hierba cortada”) detrás. La araña de, de 4 nm, efectuó 50 pasos sobre la senda. El origami usado en este experimento consiste en un rectángulo de 2 nanómetros de ancho por 100 nm de largo sobre el que se había dejado una camino molecular de “migas de pan” de oligonucleótidos (hebras sencillas de ADN).
Este grupo quiere que su araña se mueva más rápido y que lo haga de una manera más programable, siguiendo comandos específicos sobre el “terreno” y que tome decisiones para así implementar un comportamiento lógico. El próximo paso será añadir un segundo robot y que se puedan comunicar entre sí. Las arañas podrían trabajar juntas para así conseguir sus metas.
Por otro lado, el grupo de Ned Seeman, de New York University, ha conseguido manipular andadores moleculares para que transporten carga. En su origami estos investigadores colocan tres máquinas de ADN que pueden disponerse para donar o mantener diferentes tipos de carga, de tal modo que un posible caminante molecular pueda tomar 8 posibles y las deposite al final del camino. El caminante, las tres estaciones independientes de adición programadas y la carga están sobre la plataforma de origami de ADN. Este sistema constituye la primera línea de ensamblado o cadena de montaje construida a escala nanométrica.
Aunque en el segundo caso parezca que el logro es mayor, el primero cuenta con la baza de ser totalmente autónomo. A diferencia de la línea de montaje no se requiere adiciones manuales de hebras de ADN para mantener al caminante moviéndose y aceptando carga. El próximo paso podría ser crear una línea de montaje autónoma, al igual que las factorías celulares independientes de los ribosomas producen diferentes tipos de proteínas según la información que reciben.
Pese a todo, las aplicaciones biomédicas de nanorrobots reparadores del cuerpo humano, aunque interesantes, están a unos 100 años de distancia en el futuro.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).
Noticia en Physics World.