Normalmente, las moléculas individuales de material genético se repelen entre sí. Sin embargo, cuando el espacio es limitado, las moléculas de ADN deben agruparse más estrechamente. Este caso surge en los espermatozoides, los núcleos celulares y las capas proteicas de los virus. Un equipo internacional de físicos ahoralogró recrear artificialmente esta llamada condensación de ADN en un biochip.
La recreación de procesos biológicos importantes en las células para comprenderlas mejor actualmente es un tema importante de investigación. Ahora, los físicos de TU Munich y el Instituto Weizmann en Rehovot han logrado por primera vez llevar a cabo la llamada condensación de ADN controlada en unbiochip. Este proceso entra en juego siempre que las moléculas de ADN se empaquetan estrechamente en espacios reducidos, por ejemplo, en circunstancias que limitan el volumen disponible.
Esta situación surge en los núcleos celulares y en las capas proteicas de los virus, así como en las cabezas de las células de esperma. El fenómeno también es interesante desde una perspectiva física porque representa una transición de fase, de algún tipo. Doble hélice de ADN, quenormalmente se repelen entre sí debido a sus cargas negativas, luego se empaquetan fuertemente "En este estado condensado adquieren una estructura casi cristalina", dice el coautor y profesor de TU Friedrich Simmel.
Nano pelos
El equipo internacional dirigido por Simmel y su colega israelí Roy Bar-Ziv logró unir moléculas de ADN de solo una milésima de milímetro de largo es decir, varios miles de pares de bases cada una firmemente a nanoestructuras de diferentes anchos en un chip. El resultado se vecomo si los investigadores hubieran plantado pequeños pelos en la superficie del chip.
Debido a su carga negativa, las moléculas de ADN se repelen entre sí, dando la apariencia de pequeños nanopellos de pie. El proceso de condensación se inició cuando los investigadores agregaron un agente llamado espermidina, cuyas moléculas tienen múltiples cargas positivas. El ADN previamente verticallos hilos se colapsaron uno tras otro, cayendo sistemáticamente sobre las finas estructuras del siguiente hilo.
Esto es como una cascada de dominó a nanoescala. El resultado fueron capas compactas de moléculas de ADN, empaquetadas tan densamente como en los núcleos celulares. Todas las moléculas de ADN cayeron a lo largo del camino predefinido. "Este es un proceso muy dramático", diceSimmel: "El ADN se agrupa instantáneamente en una sola dirección".
La condensación y la descondensación, es decir, el desempaquetado renovado de las cadenas de ADN, juegan un papel importante en procesos como la expresión génica. Cuando las moléculas de ADN están densamente empaquetadas, por ejemplo, la información codificada en ellas no puede leerse.
Nueva información del chip de ADN
Por lo tanto, los investigadores tienen un componente adicional para crear células artificiales en la superficie de los chips y estudiar todos los fenómenos asociados. "Es bastante plausible implementar sistemas similares a células con ADN densamente empaquetado en un chip", dice Simmel. Condensación de ADNpodría usarse para mejorar el control de la expresión génica y la copia de información genética en este tipo de células artificiales.
En principio, también es posible utilizar las moléculas de ADN densamente empaquetadas para transmitir y distribuir señales e información a través de un tipo de ruta conductora en dichos biochips. La condensación y la descondensación podrían usarse como interruptores de encendido / apagado con buen control temporal.
Friedrich Simmel no sería un investigador apasionado si, además de las perspectivas de aplicación técnica, no tuviera en cuenta la física básica. "También queremos entender las condiciones de la transición de fase durante la condensación", dice Simmel. "Paratenemos condiciones ideales en el chip. Podemos controlar con precisión dónde se produce la condensación y cuánto tarda ".
Esto es algo así como agua o cerveza sobreenfriada en la caja del congelador, en la cual el líquido se congela abruptamente comenzando en un punto específico con una semilla de cristalización y luego se extiende desde allí. La única diferencia es que la transición de fase no está controlada por la temperatura, sino más bien la concentración de moléculas cargadas positivamente. La investigación fue financiada por la Fundación Volkswagen, la Fundación de Investigación Alemana a través de la Iniciativa de Nanosistemas de Cluster de Excelencia de Munich NIM, la Fundación de Ciencias de Israel y la Fundación Minerva 80.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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