Ordenadores vivientes y nanorobots: ADN más allá de la genética

El ADN es una de las moléculas más impresionantes de la naturaleza al contener en su tamaño microscópico las instrucciones necesarias para crear casi todos los tipo de forma de vida en la Tierra. Los científicos están buscando formas de utilizar el ADN al máximo, no sólo para guardar información, sino también para crear componentes físicos en un conjunto de máquinas biológicas.

El ácido desoxirribonucleico, abreviado como ADN, contiene la información genética que todos los organismos vivos utilizamos para funcionar. Suele tener la típica forma de doble hélice formada por dos moléculas de ADN monocatenarias a modo de espiral y cada una de las cadenas tiene cuatro tipos de componentes moleculares diferentes: adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C).

Los genes están formados por diferentes secuencias de estos componentes en bloque y el orden en el que aparecen en una cadena de ADN es lo que marca la información genética. Al crear diferentes secuencias A, G, T y C, los científicos han sido capaces de desarrollar nuevas maneras de doblar el ADN en diferentes formas de origami que van más allá de la doble hélice convencional.

Este planteamiento ha abierto nuevas posibilidades para el uso del ADN más allá de su fin genético y biológico, convirtiéndolo en un material tipo lego para construir objetos de solo unos pocos milmillonésimos de metro (nanoescala). Los materiales basados en el ADN están siendo utilizados para varios tipos de ampliaciones, desde plantillas para nanodispositivos electrónicos hasta formas para hacer que los medicamentos lleguen a las células enfermas.

Nanotermómetros basados en el ADN

La posibilidad de crear dispositivos electrónicos de tamaño nanométrico abre las puertas a toda una serie de posibles aplicaciones pero hace que sea más complicado encontrar fallos. Para resolver este problema, investigadores de la Universidad de Montreal han usado ADN para crear termómetros a nanoescala que podrían ayudar a detectar puntos problemáticos en los nanodispositivos y que también se podrían usar para monitorizar la temperatura en el interior de las células vivas.

Los nanotermómetros se crean usando bucles de ADN que actúan como interruptores, moldeándose según los cambios de temperatura. Este movimiento se puede detectar añadiendo pruebas ópticas al ADN. Los investigadores lo que quieren ahora es instalar estos nanotermómetros en dispositivos de ADN más grandes que puedan funcionar dentro del cuerpo humano.

Nanorobots biológicos

Investigadores de la Escuela Médica de Harvard han usado el ADN para diseñar y construir un robot a tamaño nano que actúa como un vehículo de suministro de medicamentos para llegar a células específicas. El nanorobot tiene forma de un barril abierto hecho de ADN en el que las dos mitades están conectadas por una bisagra controlada por manillas especiales de ADN. Estas manillas pueden reconocer combinaciones de proteínas específicas que estén presentes en la superficie de las célulcas, incluyendo aquellas asociadas con alguna enfermedad.

Si el robot llega a las células adecuadas, abre el compartimento y entrega la mercancía. En el caso de una mezcla de glóbulos sanguíneos sanos y cancerígenos, los robots han sido capaces de reconocer y acabar con la mitad de las células cancerígenas, mientras que las células sanas no sufrieron daño alguno.

Barril de ADN.Campbell Strong, Shawn Douglas, & Gaël McGill

Ordenadores biológicos en animales vivos

Dado que las estructuras de ADN pueden actuar como interruptores, moviéndose de un lugar a otro, pueden ser usadas para llevar a cabo operaciones lógicas que harían posibles los cálculos informáticos. Investigadores de las Universidad de Harvard y de la Universidad de Bal-Ilan en Israel han usado este principio para construir varios robots a nanoescala que pueden interactuar entre sí utilizando sus interruptores de ADN para reaccionar y producir diferentes señales.

Es más, los científicos implantaron los robots en una cucaracha viva, lo que les permitió desarrollar un novedoso tipo de ordenador biológico que puede controlar la entrega de moléculas terapéuticas en la cucaracha encendiendo o apagando elementos de su estructura. Está previsto que pronto se empiecen a probar estos nanorobots de ADN en humanos.

Antenas de fotosíntesis

Aparte de crear máquinas minúsculas, el ADN puede proporcionar una forma de copiar procesos naturales a nanoescala. Por ejemplo, la naturaleza puede obtener energía del sol con la fotosíntesis, convirtiéndo la luz en energía química que actúa como combustible para las plantas y otros organismos (los animales que se las comen). Investigadores de la Universidad Estatal de Arizona y de la Universidad de British Columbia han creado una estructura de ADN con tres brazos que puede capturar y transferir luz que imita este proceso.

Los fotosíntesis se produce en organismos vivos gracias a las pequeñas antenas formadas por un gran número de moléculas con pigmentos que pueden absorber la luz visible en orientaciones específicas y distanciadas entre sí. Las estructuras artificiales basadas en el ADN actúan de forma parecida a las antenas, controlando la posición de las moléculas de color específicas que absorben la energía de la luz y la llevan un centro de reacción donde se convierte en energía química. Esto podría preparar el camino para otros dispositivos capaces de utilizar la fuente de energía más abundante que tenemos: la luz solar.

¿Qué nos depara la nanotecnología con ADN? Es difícil de predecir pero con el ADN la naturaleza nos ha proporcionado una herramienta muy versátil. Ahora lo que tenemos que hacer es sacarle el máximo partido.