Máquinas autónomas inspiradas en la naturaleza

Máquinas autónomas inspiradas en la naturaleza


06 junio 2022

(Noticias de Nanowerk) Un nuevo artículo en ACS nano («Intercambio rápido de proteína unida estable y carga de ADN en un receptor de origami de ADN») describe cómo el equipo de investigación, incluido el autor principal, el Dr. James Brown, A/Prof. Lawrence Lee y el Dr. Jonathan Berengut de UNSW Sydney, ha diseñado y construido nanomáquinas estables capaces de responder rápidamente a su entorno.

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

«Abordamos este problema con un enfoque biológico sintético mediante la construcción de una máquina nanoscópica artificial utilizando componentes de ADN y proteínas», dice A/Prof Lee.

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

«Es el primer sistema sintético que utiliza el llamado principio de ‘intercambio competitivo multisitio'», dice. Representación artística de una nanomáquina de ADN cargada de proteínas Representación artística de una nanomáquina de ADN cargada de proteínas. (Imagen: Jonathan Berengut)

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

«En realidad, estamos estudiando cómo la biología construye máquinas y tratando de ver si podemos replicar eso o aprender sobre la forma en que la biología hace las cosas», dice A/Prof Lee.

“Un buen ejemplo de una máquina biológica es el motor de flagelo bacteriano. Puede limpiar este motor, ponerlo en el refrigerador y permanecerá como una máquina estable. Pero si lo pones en su entorno celular natural, seguirá cambiando sus partes.

«Así que eso es una especie de contradicción química. ¿Cómo puede algo ser muy, muy estable, pero al mismo tiempo saber cuándo reemplazar sus partes? Sería como conducir un automóvil en una carretera pavimentada y cambiar automáticamente las llantas cuando llega a una pista 4WD.

«La biología en realidad lo hace por sí misma. Reconoce el cambio en el entorno y cambia la parte. Así que preguntamos: “Bueno, ¿cómo funciona eso? Hace un tiempo se publicó una teoría sobre cómo podría funcionar esto en biología. Y este documento es una implementación de esa teoría usando origami de ADN. Usamos una idea de la biología para crear un sistema completamente sintético que puede detectar y responder rápidamente a los cambios en su entorno”.

Es demasiado pronto para decir cómo se aplicaría dicho sistema, pero existe potencial para el desarrollo de una tecnología versátil.



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