Nanotecnología de ADN
Aplicaciones potenciales a nivel molecular en electrónicos y en nanomedicina también están siendo investigados.
La nanotecnología se define normalmente como el estudio de materiales y dispositivos con características en una escala menor a 100 nanómetros.
En el ADN, pueden presentarse cuatro bases que son: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citocina (C).
En la tecnología de ADN, las secuencias de las cadenas son diseñadas lógicamente por los investigadores para que el apareamiento entre bases y sus interacciones cause el plegamiento deseado para obtener la estructura deseada.
[9] Además, las estructuras o complejos reconfigurables pueden ser construidos con la ayuda de moléculas funcionales tales como la desoxirriboenzima y la riboenzima, las cuales son enzimas capaces de catalizar reacciones químicas y aptámeros que se pueden unir a proteínas específicas o a moléculas pequeñas.
[12] La nanotecnología estructural de ADN (muchas veces abreviada en inglés como SDN), se enfoca en sintetizar y caracterizar complejos de ácidos nucleicos y materiales donde el ensamblaje se realiza en un equilibrio estático.
[23] Estos nanotubos son similares en forma y tamaño a los nanotubos de carbono, solo que estos no son conductores eléctricos como los de carbono, por lo que su modificación y apareamiento con otras estructuras es mucho más fácil.
Estas estructuras utilizan largas hebras de virus como andamios, las cuales permiten que las cadenas originales se doblen en la figura deseada según se les haya diseñado computacionalmente creando cadenas cortas "engrapadas".
[34][35] Las estructuras de ácidos nucleicos pueden diseñarse para incorporar (hospedar) otras moléculas que no necesariamente sean de ácidos nucleicos que normalmente se llaman heteroelementos los cuales incluyen: proteínas, nanopartículas metálicas, puntos cuánticos y fullerenos.
Esta unión covalente ha sido utilizada para añadir partículas de oro.
[37] y para organizar proteínas como la estreptavidina en patrones específicos en arreglos tipo DX.
[28][42] Los complejos de ADN se han diseñado para cambiar su conformación mediante estímulos convirtiendo a estas estructuras en dispositivos nanorobóticos.
Inicialmente, estas construidas en la misma manera que las estructuras estáticas en el campo de la nanotecnología estructural de ADN, sin embargo, están diseñadas para que su reconfiguración dinámica sea posible después del ensamblaje inicial.
[11][42] El primer dispositivo de este tipo fue el que podía realizar la transición de la forma ADN-B a la forma ADN-Z gracias a estímulos proporcionados por cambios en la solución amortiguadora en la que se encontraba, de esta manera cuando había cambios en la solución la estructura se torcía según fuera el caso.
[43] Sin embargo, todas las estructuras que fueran colocadas en el buffer sufrían cambios estructurales al mismo tiempo, por lo que los siguientes sistemas creados trataron de limitar y especificar las condiciones de cambio para cada estructura.
Algunos ejemplos de tales sistemas son los tweezers moleculares, estructuras que pueden cambiar desde la forma PX (entrecruzamiento paranémico) a la forma JX2 (unión doble tipo J) mediante expansiones y contracciones que son controladas por filamentos de control.
[44] [45][46] Este tipo de estructuras han sido también dinámicamente diseñadas para abrirse o cerrarse y actual como jaulas moleculares para liberar otras moléculas funcionales al momento de abrirse.
[56] Adicionalmente, se ha demostrado que un caminante lineal puede realizar la síntesis a partir de una cadena muestra mientras avanza por su recorrido permitiendo de esta manera una síntesis química en multipasos dirigida por el caminante.
Usar ADN tipo origami es ventajoso porque a diferencia de los cristales líquidos, el ADN origami es tolerante a detergentes, los cuales se necesitan para re-suspender membranas de proteínas en solución.
Los caminantes de ADN también se han utilizado para movilizar y dirigir partículas en síntesis químicas.
[10][61] La nanotecnología de ADN está creciendo con un gran potencial en aplicaciones sobre el mundo real.
[61][64] Ha habido también un interés adicional en expresar este tipo de estructuras en bacterias modificadas genéticamente usando ARN para el ensamblado.
Si resultan ser exitosas, esto podría abilitar la evolución dirigida de nanoestructuras.
El diseño del ácido nucleico consta en asignar bases nitrogenadas específicas para que estas se asocien en la conformación deseada.
[74] Las cadenas pueden ser purificadas mediante electroforesis para desnaturalización si se requiere[75] y las concentraciones se puede determinar mediante métodos de cuantificación de ácidos nucléicos usando espectroscopía ultravioleta.
A este gran éxito le siguió la creación de un octaedro truncado.
No obstante, pronto se hizo claro el hecho de que estas estructuras poligonales con uniones (vértices) flexibles no eran lo suficientemente rígidas como para extenderse a entramados tridimensionales.
[61] Nuevas propiedades y capacidades del ADN se siguieron descubriendo durante los años 2000.
La primera nanomáquina (un motivo que cambia su estructura en respuesta a estímulos) fue presentada por Seeman en 1999.
En el artículo científico de Seeman, que hablaba sobre el primer cubito sintetizado, publicado en 1991 fue rechazado por la revista Science ya que un revisor criticó al artículo con falta de aplicaciones relevantes para la biología.
