Hacen el tablero de tres en raya más pequeño del mundo con ADN

La tecnología del origami de ADN ha permitido crear el tablero de juego más pequeño del mundo, de tres en raya

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ADN
El tablero hecho con ADN

La tecnología del origami de ADN ha permitido crear el tablero de juego más pequeño del mundo, de tres en raya, un mecanismo para programar interacciones dinámicas entre nanoestructuras de ADN complejas.

La nueva aplicación podría usarse para desarrollar nanomáquinas más sofisticadas con partes reconfigurables.

«Usando este mecanismo, creamos el tablero de juego más pequeño del mundo para jugar a las tres en raya, donde cada movimiento implica una autoconfiguración molecular para intercambiar y extraer cientos de cadenas de ADN a la vez», explica Lulu Qian, profesor asistente de bioingeniería en Caltech, y líder del grupo de investigación.

Ese mecanismo de intercambio combina dos nanotecnologías de ADN desarrolladas previamente. Utiliza los bloques de construcción de uno y el concepto general del otro: baldosas de autoensamblaje, que se utilizaron antes para reproducir la Mona Lisa; y desplazamiento de filamento, que ha sido utilizado por el equipo de Qian para construir robots de ADN.

Ambas tecnologías hacen uso de la capacidad del ADN para programarse a través de la disposición de sus moléculas. Cada hebra de ADN consta de un esqueleto y cuatro tipos de moléculas conocidas como bases. Estas bases (adenina, guanina, citosina y timina, abreviadas como A, T, C y G) se pueden organizar en cualquier orden, y el orden representa información que pueden ser utilizadas por las células o, en este caso, por ingeniería. nanomáquinas.

La segunda propiedad del ADN que lo hace útil para construir nanoestructuras es que las bases A, T, C y G tienen una tendencia natural a emparejarse con sus contrapartes. Los pares de bases A con T y los pares C con G. Por extensión, cualquier secuencia de bases querrá emparejarse con una secuencia complementaria. Por ejemplo, ATTAGCA querrá emparejarse con TAATCGT.

Sin embargo, una secuencia también puede emparejarse con una secuencia parcialmente coincidente. Si ATTAGCA y TAATACC se juntaran, sus porciones ATTA y TAAT se emparejarán, y las porciones no coincidentes colgarían de los extremos. Cuanto más estrechamente se complementan las dos hebras, más se atraen entre sí, y más fuertemente se unen.

Para imaginar lo que sucede en el desplazamiento de filamentos, imagine a dos personas que están saliendo y tienen varias cosas en común. A Amy le gustan los perros, el senderismo, el cine y ir a la playa. A Adam le gustan los perros, el senderismo y la degustación de vinos. Se unen por su interés compartido en los perros y el senderismo. Entonces otra persona entra en la imagen. A Eddie le gustan los perros, el senderismo, el cine y los bolos. Amy se da cuenta de que tiene tres cosas en común con Eddie y solo dos en común con Adam. Amy y Eddie se sienten fuertemente atraídos el uno por el otro, y Adam es abandonado, como una hebra de ADN desplazada.

Eddie y Amy tienen más en común y su vínculo es más fuerte. Como en el desplazamiento de la cadena de ADN, Amy se va con Eddie.

La otra tecnología, las baldosas de autoensamblaje, es más sencilla de explicar. Esencialmente, las baldosas, aunque todas de forma cuadrada, están diseñadas para comportarse como las piezas de un rompecabezas. Cada baldosa tiene su propio lugar en la imagen ensamblada, y solo cabe en ese lugar.

Al crear su nueva tecnología, el equipo de Qian impregnó fichas de autoensamblaje con habilidades de desplazamiento. El resultado son fichas que pueden encontrar su lugar designado en una estructura y luego expulsar la ficha que ya ocupa esa posición. Mientras que Eddie simplemente se vinculó con una persona, lo que provocó que otra fuera expulsada, los azulejos son más como un niño adoptado que se conecta tan fuertemente con una nueva familia que le quitan el título de «favorito» a la descendencia biológica.

«En este trabajo, inventamos el mecanismo del desplazamiento de baldosas, que sigue el principio abstracto del desplazamiento de las hebras, pero se produce a mayor escala entre las estructuras de origami de ADN», dice el ex alumno de Qian Philip Petersen, autor principal del estudio. «Este es el primer mecanismo que puede usarse para programar comportamientos dinámicos en sistemas de múltiples estructuras de origami de ADN que interactúan».

Para jugar a las tres en raya, el equipo de Qian mezcló una solución de tableros en blanco en un tubo de ensayo. Una vez que el tablero se armó, los jugadores se turnaron para agregar azulejos X o azulejos O a la solución. Debido a la naturaleza programable del ADN del que están hechos, las baldosas se diseñaron para deslizarse en puntos específicos del tablero, reemplazando las baldosas en blanco que habían estado allí. Una baldosa X podría estar diseñada para deslizarse solo en la esquina inferior izquierda de la tabla, por ejemplo. Los jugadores pueden poner una X o una O en cualquier lugar en blanco que quieran utilizando fichas diseñadas para ello.

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