El 11 de noviembre se celebra el Día Mundial del Origami en Japón. Esta palabra viene de los vocablos japoneses "oru" que es doblar y "kami" papel y el término define tanto al objeto resultante como a la acción de plegar.
Si, pero… ¿tiene algo que ver con Nanotecnología?
Pues resulta que sí, solo que no se trabaja con papel sino con ADN, estamos hablando del …
Origami de ADN con andamios
Consiste en plegar el ADN, usando ADN de una sola cadena (ssDNA) con una hebra larga como guía (hebra andamio) para que fragmentos de ADN más cortos (grapas) se unan a él, debido a la complementariedad de bases.
Gracias a este autoensamblaje molecular podemos construir objetos a escala nanométrica con formas personalizadas: estructuras de alambre, geometrías complejas en 2 y 3 dimensiones con límites irregulares y estructuras internas.
Una parte fundamental para diseñar y sintetizar objetos de ADN es el diseño asistido por computadora, que nos permite predecir la estructura de los objetos y obtener información sobre las condiciones con las cuales pueden mantener su estructura.
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| Fig.1 de DNA origami. Dey, S., Fan, C., Gothelf, K.V. et al |
El trabajo pionero
En 2006 la revista Nature público el trabajo de Paul W. K. Rothemund: Doblando ADN para crear formas y patrones a nanoescala, donde con el enfoque bottom up (abajo hacia arriba) dobla moléculas de ADN monocatenarias en formas bidimensionales arbitrarias, obteniendo estructuras de aproximadamente 100 nm de diámetro.
Nos cuenta que las grapas y andamios se autoensamblan en un solo paso y que incluso estas estructuras se pueden programar para que formen patrones complejos como palabras e imágenes en sus superficies.
Te dejamos imágenes de su trabajo (Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns).
¡Simplemente genial!
Y lo mejor es que esto no solo es con fines estéticos, con la modificación química adecuada, las estructuras de origami se pueden usar como plataforma de elementos a nanoescala, como colorantes de moléculas pequeñas, complejos de proteínas, nanocables inorgánicos y liposomas, de pudiendo manipularse de una manera altamente programable y teniendo aplicaciones en ciencia de materiales, física, ingeniería y biología.
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| Fig.1 de DNA origami. Dey, S., Fan, C., Gothelf, K.V. et al |
Nanofabricación. Las estructuras de origami de ADN se utilizan como plantillas para el ensamblaje de materiales con precisión nanométrica, siendo muy útiles en la fabricación de patrones inorgánicos (metálicos o no metálicos), poliméricos y biomoleculares.
Nanofotónica y nanoelectrónica. Permiten el diseño preciso de estructuras nanométricas con propiedades ópticas o electrónicas adaptables, incluyendo conductividad sintonizable, acoplamiento de plasmón, resonancias Fano y quiralidad plasmónica.
Biocatálisis. Las nanoestructuras de ADN ofrecen una manera excelente para organizar enzimas, basados en la hipótesis de que la difusión de sustratos de moléculas pequeñas entre enzimas depende de la proximidad y a su vez afecta la velocidad de las cascadas de reacción, por eso la importancia de organizar espacialmente las enzimas.
Computación. El alto grado de programabilidad termodinámica y cinética del ADN permite el diseño de secuencias racionales donde se puede decidir cuándo y en qué orden ocurren los eventos de unión, lo que hace que el ADN sea popular en redes de señalización in vitro y computación molecular.
Entrega de medicamentos. Siendo el ADN biodegradable y con poca citotoxicidad, además de permitir la carga de diversas moléculas y materiales terapéuticos, como ácidos nucleicos inmunoestimuladores, ARN interferentes pequeños, anticuerpos, enzimas, etc., es una gran opción para el transporte de fármacos.
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| Fig.6 de DNA origami. Dey, S., Fan, C., Gothelf, K.V. et al |
Las estructuras de origami pueden servir como contenedores con sitios de acoplamiento en su interior o dentro de cavidades, protegiendo al fármaco. Además, a estas nanoestructuras de ADN pueden tener un direccionamiento activo, si se incorporan moléculas ligando.
Fig.6 de DNA origami. Dey, S., Fan, C., Gothelf, K.V. et al
Bioimagen y biofísica. Las estructuras de origami de ADN sirven como estándares, marcadores o soporte estructural para moléculas de interés en estudios biofísicos. Por ejemplo, la colocación de fluoróforos en estructuras de origami genera estándares de calibración para microscopía de fluorescencia.
REFERENCIAS
Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. (2006). Paul W. K. Rothemund
Structure and conformational dynamics of scaffolded DNA origami nanoparticles. (2017)
Autonomously designed free-form 2D DNA origami. (2019)
DNA origami. Dey, S., Fan, C., Gothelf, K.V. et al. Nat Rev Methods Primers 1, 13 (2021).
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