Los químicos físicos han ideado un motor rodante basado en ADN que es 1,000 veces más rápido que cualquier otro motor de ADN sintético, dándole potencial para aplicaciones del mundo real, como el diagnóstico de enfermedades. Nanotecnología de la naturaleza está publicando el hallazgo.
"A diferencia de otros motores sintéticos basados en ADN, que usan patas para 'caminar' como pequeños robots, el nuestro es el primer motor de ADN rodante, lo que lo hace mucho más rápido y más robusto", dice Khalid Salaita, el químico de la Universidad de Emory que dirigió elinvestigación "Es como el equivalente biológico de la invención de la rueda para el campo de las máquinas de ADN".
La velocidad del nuevo motor basado en ADN, que funciona con ribonucleasa H, significa que un simple microscopio de teléfono inteligente puede capturar su movimiento a través del video. Los investigadores han presentado una patente de divulgación de la invención por el concepto de usar el movimiento de partículas de sumotor molecular rodante como sensor para todo, desde una sola mutación de ADN en una muestra biológica hasta metales pesados en el agua.
"Nuestro método ofrece una forma de hacer diagnósticos de bajo costo y baja tecnología en entornos con recursos limitados", dice Salaita.
El campo de los motores sintéticos basados en ADN, también conocidos como nano-caminantes, tiene aproximadamente 15 años. Los investigadores se esfuerzan por duplicar la acción de los nano-caminantes de la naturaleza. La miosina, por ejemplo, son pequeños mecanismos biológicos que "caminan"en filamentos para transportar nutrientes por todo el cuerpo humano.
"Es lo último en ciencia ficción", dice Salaita sobre la búsqueda de crear pequeños robots, o nano-bots, que podrían ser programados para hacer lo que usted quiera. La gente ha soñado con enviar nano-bots para entregar drogas o parareparar problemas en el cuerpo humano "
Hasta ahora, sin embargo, los esfuerzos de la humanidad han estado muy lejos de la miosina de la naturaleza, lo que acelera sin esfuerzo sus mandados biológicos. "La capacidad de la miosina para convertir la energía química en energía mecánica es asombrosa", dice Salaita. "Son los más eficientesmotores que conocemos hoy "
Algunos nano-caminantes sintéticos se mueven sobre dos patas. Son esencialmente enzimas hechas de ADN, alimentadas por el ARN catalizador. Estos nano-caminantes tienden a ser extremadamente inestables, debido a los altos niveles de movimiento browniano en la nanoescala.Otras versiones con cuatro, e incluso seis, piernas han demostrado ser más estables, pero mucho más lentas. De hecho, su ritmo es glacial: un motor de cuatro patas basado en ADN necesitaría unos 20 años para moverse un centímetro.
Kevin Yehl, un becario postdoctoral en el laboratorio de Salaita, tuvo la idea de construir un motor basado en ADN usando una esfera de vidrio del tamaño de un micrón. Cientos de hebras de ADN, o "patas", pueden unirse a la esferaEstas patas de ADN se colocan en un portaobjetos de vidrio recubierto con el reactivo: ARN.
Las patas de ADN son atraídas hacia el ARN, pero tan pronto como lo pisan lo destruyen a través de la actividad de una enzima llamada RNasa H. A medida que las patas se unen y luego se liberan del sustrato, guían la esfera a lo largo,permitiendo que más patas de ADN se mantengan unidas y tirando.
"Se llama un mecanismo de puente quemado", explica Salaita. "Dondequiera que las patas de ADN pisen, pisotean y destruyen el reactivo. Tienen que seguir moviéndose y pisar donde no han pisado para encontrar más reactivo".
La combinación del movimiento de rodadura y la velocidad de la enzima RNasa H en un sustrato le da al nuevo motor de ADN su estabilidad y velocidad.
"Nuestro motor basado en ADN puede viajar un centímetro en siete días, en lugar de 20 años, haciéndolo 1,000 veces más rápido que las versiones anteriores", dice Salaita. "De hecho, los motores de miosina de la naturaleza son solo 10 veces más rápidos que los nuestros,y les tomó miles de millones de años evolucionar ".
Los investigadores demostraron que sus motores rodantes se pueden usar para detectar una sola mutación de ADN midiendo el desplazamiento de partículas. Simplemente pegaron lentes de dos punteros láser baratos a la cámara de un teléfono inteligente para convertir el teléfono en un microscopio y capturar videos deel movimiento de partículas
"Usando un teléfono inteligente, podemos obtener una lectura de cualquier cosa que interfiera con la reacción enzima-sustrato, porque eso cambiará la velocidad de la partícula", dice Salaita. "Por ejemplo, podemos detectar una sola mutación en unCadena de ADN."
Este método simple y de baja tecnología podría ser útil para la detección de diagnóstico de muestras biológicas en el campo o en cualquier lugar con recursos limitados.
Salaita agrega que la prueba de que los motores ruedan por accidente. Durante sus experimentos, dos de las esferas de vidrio ocasionalmente se pegan o se dimerizan. En lugar de hacer un camino errante, dejaron un par de pistas rectas y paralelas a través delsustrato, como una cortadora de césped cortando hierba.
"Es el primer ejemplo de un motor molecular sintético que va en línea recta sin una pista o un campo magnético para guiarlo", dice Salaita.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ciencias de la salud de Emory . Original escrito por Carol Clark. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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