Los científicos de materiales han escrito la receta sobre cómo usar una enzima extraña para construir nuevos biomateriales a partir del ADN. El trabajo proporciona instrucciones para que los investigadores de todo el mundo construyan moléculas autoensamblables para aplicaciones que van desde la administración de medicamentos hasta nanocables.
La maquinaria molecular del cuerpo humano generalmente se basa en plantillas genéticas para llevar a cabo la construcción. Por ejemplo, las máquinas moleculares llamadas ADN polimerasas leen el ADN base por base para construir copias precisas.
Sin embargo, hay algunas ovejas negras en el mundo de la biología molecular que no requieren una plantilla. Uno de estos valores atípicos, llamado desoxinucleotidil transferasa terminal TdT, funciona en el sistema inmune y cataliza la adición de nucleótidos sin plantilla- los bloques de construcción de ADN - a un ADN monocatenario.
Las secuencias de nucleótidos aparentemente aleatorias en una sola cadena de ADN no parecen tener mucho uso biológico, pero los científicos de materiales han descubierto qué hacer con él.
En un nuevo artículo, los investigadores de la Universidad de Duke se basan en su trabajo anterior y ahora describen en detalle cómo la enzima TdT puede producir estructuras biomoleculares sintéticas precisas y de alto peso molecular mucho más fácilmente que los métodos actuales. Los investigadores pueden adaptar la síntesis para crear una solaADN trenzado que se autoensambla en recipientes en forma de bola para el suministro de medicamentos o para incorporar nucleótidos no naturales para proporcionar acceso a una amplia gama de habilidades médicamente útiles.
Los resultados aparecen en línea el 15 de mayo de 2017 en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .
"Somos los primeros en mostrar cómo TdT puede construir cadenas simples de ADN altamente controladas que pueden autoensamblarse en estructuras más grandes", dijo Stefan Zauscher, profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales de la Familia Sternberg en la Universidad de Duke ".los materiales ya se pueden hacer, pero el proceso es largo y complicado, requiere múltiples reacciones. Podemos hacerlo en una fracción del tiempo en una sola olla ".
TdT tiene ventaja sobre las reacciones típicas de construcción de cadenas sintéticas, ya que continúa agregando nucleótidos al final de la cadena en crecimiento mientras estén disponibles. Esto abre un vasto espacio de diseño para los científicos de materiales.
Debido a que todas las enzimas funcionan al mismo ritmo y nunca se detienen, las cadenas de ADN resultantes tienen un tamaño muy cercano entre sí, un rasgo importante para controlar sus propiedades mecánicas. El proceso interminable también significa que los investigadores puedenalimente a la fuerza TdT cualquier nucleótido que desee, incluso los no naturales, simplemente al no proporcionar otras opciones.
"Su cuerpo produce cadenas de ADN de solo cuatro nucleótidos: adenina, guanina, citosina y uracilo", dijo Chilkoti, profesor de Alan L. Kaganov y presidente del departamento de ingeniería biomédica de Duke. "Pero podemos crearnucleótidos sintéticos y obligan a la enzima a incorporarlos. Esto abre muchas puertas en la fabricación de polímeros basados en ADN para diferentes aplicaciones ".
Por ejemplo, los nucleótidos no naturales pueden incorporar moléculas diseñadas para facilitar la "química del clic", lo que permite la unión de un conjunto completo de biomoléculas. Los investigadores también pueden comenzar el proceso de construcción con una base hecha de una secuencia de ADN específica, llamada aptámero,que puede apuntar a proteínas y células específicas.
"Esta enzima ha existido durante décadas, pero esta es la primera vez que alguien ha mapeado estos conceptos en un plan para sintetizar una familia completamente nueva de polinucleótidos", dijo Zauscher. "En el pasado, los bioquímicos han estado interesados en gran medida en lo queTdT lo hace en el sistema inmunológico humano y cómo lo hace. No nos importa todo eso, solo estamos interesados en los materiales que podemos construir con él. Y la precisión con la que podemos hacer polímeros con estola enzima es realmente bastante excepcional "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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