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Científicos de Caltech (Instituto Tecnológico de California) han conseguido "pintar" la Mona Lisa más pequeña del mundo sobre el mayor lienzo hecho con ADN .
Los científicos en el laboratorio de Lulú Qian, profesor asistente de bioingeniería , han desarrollado un método económico mediante el cual el origami de ADN se ensambla en grandes matrices con patrones completamente personalizables, creando una especie de lienzo que puede mostrar cualquier imagen. Para demostrar esto, el equipo creó la reproducción más pequeña del mundo de la Mona Lisa, de Leonardo da Vinci.
El trabajo se describe en un documento que aparece en la edición del 7 de diciembre de la revista Nature .
Mientras que el ADN es quizás mejor conocido por codificar la información genética de los seres vivos, la molécula también es un excelente componente químico. Una molécula de ADN monocatenaria está compuesta por moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos, abreviadas A, T, C y G, dispuestas en una cadena o secuencia. Los nucleótidos en una molécula de ADN monocatenario pueden unirse con los de otra cadena única para formar ADN bicatenario, pero los nucleótidos se unen solo de maneras muy específicas: un nucleótido A con un nucleótido T o un C con un G. Estos estrictos las "reglas" de emparejamiento de bases hacen posible diseñar origami de ADN.
Para hacer un solo cuadrado de origami de ADN, uno solo necesita una hebra larga de ADN y muchas hebras más cortas, llamadas grapas, diseñadas para unirse a múltiples lugares designados en la hebra larga. Cuando las grapas cortas y la hebra larga se combinan en un tubo de ensayo, las grapas arrastran las regiones de la hebra larga, haciendo que se pliegue sobre sí misma en la forma deseada. Un gran lienzo de ADN se ensambla con muchos mosaicos cuadrados de origami más pequeños, como armar un rompecabezas. Las moléculas se pueden unir selectivamente a las grapas con el fin de crear un patrón elevado que se puede ver utilizando microscopía de fuerza atómica.
El equipo de Caltech desarrolló un software que puede tomar una imagen como la Mona Lisa, dividirla en pequeñas secciones cuadradas y determinar las secuencias de ADN necesarias para componer esos cuadrados. Luego, su desafío era lograr que esas secciones se autoensamblaran en una superestructura que recrea la Mona Lisa.
"Podríamos hacer que cada baldosa tenga grapas de borde únicas para que solo puedan unirse a otras baldosas y autoensamblarse en una posición única en la superestructura", explica en un comunicado Grigory Tikhomirov, investigador postdoctoral senior y autor principal del artículo, "pero luego tendría que tener cientos de bordes únicos, que no solo serían muy difíciles de diseñar sino también extremadamente costosos de sintetizar. Queríamos utilizar solo un pequeño número de grapas de borde diferentes, pero aún así tener todas las losetas en los lugares correctos".
La clave para hacer esto fue ensamblar los mosaicos en etapas, como ensamblar pequeñas regiones de un rompecabezas y luego ensamblarlas para crear regiones más grandes antes de unir las regiones más grandes para formar el rompecabezas completo. Cada mini rompecabezas utiliza los mismos cuatro bordes, pero debido a que estos rompecabezas se ensamblan por separado, no hay riesgo, por ejemplo, de que un azulejo de esquina se adhiera en la esquina incorrecta. El equipo ha llamado al método "ensamblaje fractal" porque el mismo conjunto de reglas de ensamblaje se aplica a diferentes escalas.
"Una vez que sintetizamos cada pieza individual, colocamos cada una en su propio tubo de ensayo para un total de 64 tubos", dice Philip Petersen, estudiante graduado y coautor del artículo. "Sabemos exactamente qué losetas hay en qué tubos, así que sabemos cómo combinarlas para ensamblar el producto final. Primero, combinamos el contenido de cuatro tubos en particular hasta obtener 16 cuadrados de dos por dos. de cierta manera, obtener cuatro tubos cada uno con un cuadrado de cuatro por cuatro. Y luego los cuatro tubos finales se combinan para crear un gran cuadrado de ocho por ocho compuesto por 64 mosaicos. Diseñamos los bordes de cada loseta que sabemos exactamente cómo se combinarán ".
La estructura final era 64 veces más grande que la estructura original de origami de ADN diseñada por Rothemund en 2006. Sorprendentemente, gracias al reciclado de las mismas interacciones de borde, el número de hebras de ADN requeridas para el ensamblaje de esta superestructura de ADN fue sobre el mismo que para el origami original de Rothemund. Esto debería hacer que el nuevo método sea igualmente asequible, según Qian.
jpe
