En la última década, los investigadores han estado trabajando para crear materiales y dispositivos a nanoescala usando ADN como materiales de construcción a través de un proceso llamado "origami de ADN".
Por ejemplo, una sola hebra larga de "andamio" de ADN puede plegarse en formas específicas por cientos de hebras más cortas. El orden de las bases en cada hebra corta actúa como un modelo que dicta la forma tridimensional final del ADN del andamio.
Los científicos esperan utilizar este método para desarrollar dispositivos moleculares que funcionen como máquinas a nanoescala o dispositivos de suministro de medicamentos, marcadores para imágenes médicas o investigación biológica, y componentes para dispositivos electrónicos.
Los andamios de ADN largos, compuestos por más de 10,000 unidades estructurales de ADN llamadas "nucleótidos", han seguido siendo difíciles de fabricar y manipular, lo que hasta ahora ha limitado el tamaño de las estructuras de origami. También ha resultado difícil estudiar los 3Estructura D de estas nanopartículas en su estado natural y flexible.
Ahora, por primera vez, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Laboratorio Berkeley y la Universidad Estatal de Ohio han generado imágenes tridimensionales de 129 moléculas individuales de partículas de origami de ADN flexible. Su trabajo proporciona la primera verificación experimental deEl modelo teórico del origami de ADN.
Los métodos utilizados aquí podrían aplicarse fácilmente a otros tipos de estructuras de origami de ADN fabricadas y ayudar a informar el diseño y la optimización de estructuras futuras. Su trabajo fue publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .
El equipo de investigación se centró en estructuras de ADN modeladas a partir de un mecanismo básico llamado "enlace de Bennett", que es una estructura tridimensional que consiste en una cadena de cuatro varillas conectadas por bisagras. Esto crea una forma cuadrilátera sesgada en la que las bisagras sonno paralela o en línea. Usando los enlaces de Bennett como bloques de construcción, es posible crear estructuras útiles y expansibles, como soportes para carpas que se pueden ensamblar rápidamente.
Las estructuras de origami de ADN son muy difíciles de estudiar porque son muy flexibles y delicadas, y cada molécula tiene una forma tridimensional única. Esta variabilidad hace que los métodos de imagen convencionales, como la microscopía crioelectrónica de una sola partícula cryo-EM,menos adecuado. Cryo-EM implica un "promedio" informático extenso de miles a cientos de miles de moléculas similares. Como resultado, la información sobre las porciones flexibles de las estructuras de origami de ADN se puede promediar fácilmente, dando una imagen incompleta de la estructura.
Los investigadores se basaron en una técnica desarrollada en la Fundición Molecular de Berkeley Lab, una instalación de investigación para la ciencia a nanoescala, para obtener imágenes de las moléculas individuales que componen estas estructuras. El método, llamado tomografía electrónica de partículas individuales IPET, toma imágenes de unmolécula objetivo desde múltiples ángulos de visión, y luego combina estas imágenes para crear una representación tridimensional de molécula completa, similar a cómo funciona una tomografía computarizada TC médica.
Los investigadores capturaron 129 imágenes tridimensionales, con una resolución de 6 a 14 nanómetros, que les permitieron descifrar información sobre la dinámica y la flexibilidad de las estructuras de origami de ADN.
"Las reconstrucciones confirmaron que los vínculos de Bennett tienen un alto grado de diversidad estructural", dijo Gang "Gary" Ren, científico del personal de Molecular Foundry's Imaging Facility y co-líder del estudio.
Un análisis geométrico de estas reconstrucciones muestra que las conformaciones de los mecanismos de enlace de Bennett están en buen acuerdo con los modelos teóricos. Cuando los enlaces están cerca de su estado "abierto", la "bisagra" se extiende casi por completo. Cuando las estructuras están más cercanasA su conformación "cerrada", las estructuras toman diferentes formas y son extremadamente flexibles y distorsionadas.
"Con base en estos resultados y las visualizaciones del modelo de los enlaces de Bennett, podemos proponer una nueva estrategia para mejorar nuestro control de los enlaces de Bennett en grandes andamios de ADN", dijo Ren. "El enfoque incluye el rediseño de las secuencias de ADN cerca de las articulaciones paraendurecer la estructura y evitar que se deforme cerca de esta junta "
The Molecular Foundry es una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE.
Además de los científicos de Berkeley Lab, otros investigadores que contribuyeron a este estudio eran de la Universidad Estatal de Ohio. El trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Original escrito por Laurie Chong. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :