las moléculas de ADN que siguen instrucciones específicas podrían ofrecer un control molecular más preciso de los sistemas químicos sintéticos, un descubrimiento que abre la puerta a los ingenieros para crear máquinas moleculares con comportamientos nuevos y complejos. Los investigadores han creado amplificadores químicos y un oscilador químico utilizando un método sistemáticoque tiene el potencial de incorporar computación de circuito sofisticado dentro de sistemas moleculares diseñados para aplicaciones en el cuidado de la salud, materiales avanzados y nanotecnología.
Los resultados se publican en la edición del 15 de diciembre de la revista ciencia .
Los osciladores químicos han sido estudiados durante mucho tiempo por ingenieros y científicos. Los investigadores que descubrieron el oscilador químico que controla el ritmo circadiano humano, responsable del ritmo diurno y nocturno de nuestros cuerpos, obtuvieron el Premio Nobel 2017 en fisiología o medicina.
Aunque la comprensión de los osciladores químicos y otros procesos químicos biológicos ha evolucionado significativamente, los científicos no saben lo suficiente como para controlar las actividades químicas de las células vivas. Esto está llevando a los ingenieros y científicos a recurrir a los osciladores sintéticos que funcionan en tubos de ensayo en lugar de en células.
En el nuevo estudio, David Soloveichik y su equipo de investigación en la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin muestran cómo programar osciladores sintéticos y otros sistemas mediante la construcción de moléculas de ADN que siguen instrucciones específicas.
Soloveichik, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela Cockrell, junto con Niranjan Srinivas, un estudiante graduado en el Instituto de Tecnología de California y los coautores del estudio, han construido con éxito una de sus primerasoscilador químico del tipo que utiliza componentes de ADN, y no proteínas, enzimas u otros componentes celulares, lo que demuestra que el ADN solo es capaz de un comportamiento complejo.
Según los investigadores, su descubrimiento sugiere que el ADN puede ser mucho más que una simple molécula pasiva utilizada únicamente para transportar información genética. "El ADN puede utilizarse de una manera mucho más activa", dijo Soloveichik. "De hecho, podemos hacerlobaile, con un ritmo, si lo desea. Esto sugiere que los ácidos nucleicos ADN y ARN podrían estar haciendo más de lo que pensábamos, lo que incluso puede informar nuestra comprensión del origen de la vida, ya que comúnmente se piensa que la vida temprana fuebasado completamente en ARN "
El nuevo oscilador sintético del equipo podría algún día usarse en biología sintética o en células completamente artificiales, asegurando que ciertos procesos sucedan en orden. Pero la oscilación es solo un ejemplo de comportamiento molecular sofisticado. Mirando más allá de los osciladores, este trabajo abre la puerta paraingenieros para crear máquinas moleculares más sofisticadas a partir del ADN. Dependiendo de cómo se programen las máquinas moleculares, se podrían generar diferentes comportamientos, como comunicación y procesamiento de señales, resolución de problemas y toma de decisiones, control de movimiento, etc.tipo de cálculo de circuito generalmente atribuido solo a circuitos electrónicos.
"Como ingenieros, somos muy buenos en la construcción de electrónica sofisticada, pero la biología utiliza reacciones químicas complejas dentro de las células para hacer muchas de las mismas cosas, como tomar decisiones", dijo Soloveichik. "Eventualmente, queremos poderinteractuar con los circuitos químicos de una célula, o reparar circuitos que funcionan mal o incluso reprogramarlos para un mayor control, pero en el corto plazo, nuestros circuitos de ADN podrían usarse para programar el comportamiento de sistemas químicos libres de células que sintetizan moléculas complejas, diagnostican complejosfirmas químicas y responden a sus entornos "
El equipo desarrolló su nuevo oscilador al construir moléculas de ADN que tienen un lenguaje de programación específico, produciendo un flujo de trabajo repetible que puede generar otros patrones temporales complejos y responder a señales químicas de entrada. Compilaron su lenguaje a interacciones precisas, una práctica estándaren el campo de la electrónica pero completamente novedoso en bioquímica.
La investigación del equipo se realizó como parte del Proyecto de Programación Molecular de la National Science Foundation NSF, que se lanzó en 2008 como una colaboración de la facultad para desarrollar la programación molecular en una tecnología sofisticada, fácil de usar y ampliamente utilizada para crear dispositivos y sistemas a nanoescala.
La NSF, la Oficina de Investigación Naval, los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Gordon y Betty Moore proporcionaron fondos para el trabajo del equipo de UT Austin.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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