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caminante de ADN

Un caminante de ADN es una clase de nanomáquinas de ácido nucleico en las que un "caminante" de ácido nucleico puede moverse a lo largo de una "pista" de ácido nucleico. El concepto de caminante de ADN fue definido y nombrado por primera vez por John H. Reif en 2003. [1] Un caminante de ADN no autónomo requiere cambios externos para cada paso, mientras que un caminante de ADN autónomo progresa sin ningún cambio externo. Se desarrollaron varios caminantes de ADN no autónomos; por ejemplo, Shin [2] controló el movimiento del caminante de ADN mediante el uso de "cadenas de control" que debían agregarse manualmente en un orden específico de acuerdo con la secuencia de la plantilla para obtener la ruta de movimiento deseada. En 2004, el grupo Reif demostró experimentalmente el primer andador de ADN autónomo, que no requería cambios externos para cada paso. [3]

Los caminantes de ADN tienen propiedades funcionales como un rango de movimiento que se extiende desde lineal hasta bidimensional y tridimensional, la capacidad de recoger y dejar carga molecular, [4] realizar síntesis con plantilla de ADN y mayor velocidad de movimiento. Los caminantes del ADN tienen aplicaciones potenciales que van desde la nanomedicina hasta la nanorobótica . [5] [6] [7] Se han estudiado muchas opciones de combustible diferentes, incluida la hibridación de ADN , la hidrólisis de ADN o ATP y la luz. [8] [9] La función del caminante del ADN es similar a la de las proteínas dineína y cinesina . [5]

Papel en la nanotecnología del ADN

Encontrar un motor a nanoescala adecuado capaz de realizar un movimiento lineal, unidireccional y autónomo se considera importante para el desarrollo de la nanotecnología del ADN . [5] [6] Se ha demostrado que los caminantes son capaces de realizar movimientos autónomos sobre 'pistas' de ADN lineales, bidimensionales y tridimensionales a través de una gran cantidad de esquemas. En julio de 2005, Bath et al. demostró que otra forma de controlar el movimiento de los caminantes del ADN es utilizar enzimas de restricción para cortar estratégicamente la "pista", provocando el movimiento hacia adelante de los caminantes. [10] En 2010, dos grupos diferentes de investigadores exhibieron las habilidades más complejas de los caminantes para recoger y dejar selectivamente carga molecular [11] [12] y realizar síntesis con plantillas de ADN a medida que el caminante se mueve a lo largo de la pista. [13] A finales de 2015, Yehl et al. demostró que eran posibles velocidades de movimiento tres órdenes de magnitud superiores a las vistas anteriormente cuando se usaban partículas esféricas recubiertas de ADN que "rodarían" sobre una superficie modificada con ARN complementario al ADN de la nanopartícula. Se utilizó RNasa H para hidrolizar el ARN, liberando el ADN unido y permitiendo que el ADN se hibride con el ARN más abajo. [14] En 2018, Valero et al. describieron un caminante de ADN basado en dos ADN bicatenarios circulares catenados (dsDNA) entrelazados y una ARN polimerasa T7 diseñada (T7RNAP) firmemente unida a uno de los círculos de ADN. [15] Este anillo de estator hizo girar unidireccionalmente el anillo del rotor entrelazado mediante transcripción de círculo rodante (RCT), impulsado por hidrólisis de trifosfato de nucleótidos (NTP), constituyendo así un motor de rueda de ADN catenado. El motor de la rueda produce transcripciones de ARN largas y repetitivas que permanecen unidas al ADN-catenano y se utilizan para guiar su marcha direccional a lo largo de pistas de ADN ss predefinidas dispuestas en un nanotubo de ADN .

Aplicaciones

Las aplicaciones de los caminantes del ADN incluyen nanomedicina , [16] detección diagnóstica de muestras biológicas, [17] nanorobótica [18] y mucho más. [7] A finales de 2015, Yehl et al. mejoró la función del caminante de ADN al aumentar su velocidad, y se ha propuesto como base para una máquina de diagnóstico de bajo costo y baja tecnología capaz de detectar mutaciones de un solo nucleótido y contaminación por metales pesados ​​en el agua . [17] En 2018, Nils Walter y su equipo diseñaron un andador de ADN que es capaz de moverse a una velocidad de 300 nanómetros por minuto. Esto es un orden de magnitud más rápido que el ritmo de otros tipos de caminantes de ADN. [19]

Ver también

Referencias

  1. ^ Reif JH (2003). "El diseño de dispositivos nanomecánicos de ADN autónomos: ADN andante y rodante". Computación Natural . 2 (15): 439–461. CiteSeerX  10.1.1.4.291 . doi :10.1023/B:NACO.0000006775.03534.92. S2CID  6200417.
  2. ^ Shin JS, Pierce NA (septiembre de 2004). "Un caminante de ADN sintético para transporte molecular". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 126 (35): 10834–10835. doi :10.1021/ja047543j. PMID  15339155.
  3. ^ Yin P, Yan H, Daniell XG, Turberfield AJ, Reif JH (septiembre de 2004). "Un andador de ADN unidireccional que se mueve de forma autónoma a lo largo de una pista". Angewandte Chemie . 43 (37): 4906–4911. doi :10.1002/anie.200460522. PMID  15372637.
  4. ^ Thubagere AJ, Li W, Johnson RF, Chen Z, Doroudi S, Lee YL, et al. (septiembre de 2017). "Un robot de ADN de clasificación de carga". Ciencia . 357 (6356): ean6558. doi : 10.1126/ciencia.aan6558 . PMID  28912216.
  5. ^ abc Simmel FC (octubre de 2009). "Movimiento procesivo de caminantes de ADN bípedos". ChemPhysChem . 10 (15): 2593–2597. doi :10.1002/cphc.200900493. PMID  19739195.
  6. ^ ab Pan J, Li F, Cha TG, Chen H, Choi JH (agosto de 2015). "Progresos recientes en caminantes basados ​​en ADN". Opinión Actual en Biotecnología . 34 : 56–64. doi :10.1016/j.copbio.2014.11.017. PMID  25498478.
  7. ^ ab Leigh D (abril de 2014). "Caminantes de ADN sintético". Química actual superior . Temas de la química actual. 354 : 111–38. doi :10.1007/128_2014_546. ISBN 978-3-319-08677-4. PMID  24770565.
  8. ^ Usted M, Chen Y, Zhang X, Liu H, Wang R, Wang K, et al. (Marzo de 2012). "Un dispositivo para caminar por ADN impulsado por luz, autónomo y controlable". Angewandte Chemie . 51 (10): 2457–2460. doi :10.1002/anie.201107733. PMC 3843772 . PMID  22298502. 
  9. ^ Škugor M, Valero J, Murayama K, Centola M, Asanuma H, Famulok M (mayo de 2019). "Andador de ADN no autónomo fotocontrolado ortogonalmente". Angewandte Chemie . 58 (21): 6948–6951. doi :10.1002/anie.201901272. PMID  30897257. S2CID  85446523.
  10. ^ Baño J (11 de julio de 2005). "Un motor de ADN de funcionamiento libre impulsado por una enzima de mellado". Edición internacional Angewandte Chemie . 117 (28): 4432–4435. Código Bib : 2005AngCh.117.4432B. doi : 10.1002/ange.200501262.
  11. ^ Lund K, Manzo AJ, Dabby N, Michelotti N, Johnson-Buck A, Nangreave J, et al. (mayo de 2010). "Robots moleculares guiados por paisajes prescriptivos". Naturaleza . 465 (7295): 206–210. Código Bib :2010Natur.465..206L. doi : 10.1038/naturaleza09012. PMC 2907518 . PMID  20463735. 
  12. ^ Gu H, Chao J, Xiao SJ, Seeman NC (mayo de 2010). "Una línea de montaje a nanoescala de ADN programable basada en proximidad". Naturaleza . 465 (7295): 202–205. Código Bib :2010Natur.465..202G. doi : 10.1038/naturaleza09026. PMC 2872101 . PMID  20463734. 
  13. ^ He Y, Liu DR (noviembre de 2010). "Síntesis orgánica autónoma de varios pasos en una única solución isotérmica mediada por un caminante de ADN". Nanotecnología de la naturaleza . 5 (11): 778–782. Código Bib : 2010NatNa...5..778H. doi :10.1038/nnano.2010.190. PMC 2974042 . PMID  20935654. 
  14. ^ Yehl K, Mugler A, Vivek S, Liu Y, Zhang Y, Fan M, et al. (febrero de 2016). "Motores rodantes de alta velocidad basados ​​en ADN impulsados ​​por RNasa H". Nanotecnología de la naturaleza . 11 (2): 184-190. Código Bib : 2016NatNa..11..184Y. doi :10.1038/nnano.2015.259. PMC 4890967 . PMID  26619152. 
  15. ^ Valero J, Pal N, Dhakal S, Walter NG, Famulok M (junio de 2018). "Un nanomotor de rotor-estator de ADN biohíbrido que se mueve a lo largo de pistas predefinidas". Nanotecnología de la naturaleza . 13 (6): 496–503. Código Bib : 2018NatNa..13..496V. doi :10.1038/s41565-018-0109-z. PMC 5994166 . PMID  29632399. 
  16. ^ Boehm F (18 de noviembre de 2013). Diseño de sistemas y dispositivos nanomédicos: desafíos, posibilidades, visiones. Prensa CRC. ISBN 9781439863237.
  17. ^ ab "Los nanocaminantes dan un rápido salto adelante con el primer motor rodante basado en ADN". phys.org . Consultado el 4 de diciembre de 2015 .
  18. ^ "Capítulo 18: Nanorobótica de ADN - Publicaciones y revistas de nanotecnología". Revista y publicaciones de nanotecnología . Archivado desde el original el 8 de diciembre de 2015 . Consultado el 4 de diciembre de 2015 .
  19. ^ "Las hazañas gimnásticas ayudan al 'caminante' de ADN a establecer un récord de velocidad". Naturaleza . 557 (7705): 283, mayo de 2018. doi : 10.1038/d41586-018-05127-8 . PMID  29760489.