Aprovechando la naturaleza única del ADN, ingenieros de Cornell han creado máquinas sencillas construidas con biomateriales con propiedades de seres vivos.

Como material genético, el ADN es responsable de toda la vida conocida. Pero el ADN también es un polímero.

Aprovechando la naturaleza única de la molécula, ingenieros de Cornell han creado máquinas simples construidas con biomateriales con propiedades de seres vivos.

Con el uso de lo que denominan materiales DASH (Ensamblaje y Síntesis de Jerarquías a base de ADN), construyeron un material de ADN con capacidades de metabolismo, además del autoensamblaje y la organización, tres características clave de la vida.

“Estamos introduciendo un concepto de material completamente nuevo y realista impulsado por su propio metabolismo artificial.

“No estamos haciendo algo que está vivo, pero estamos creando materiales que son mucho más reales que nunca se han visto antes”, dijo Dan Luo, profesor de ingeniería biológica y ambiental en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida.

Para que cualquier organismo vivo se mantenga, debe haber un sistema para gestionar el cambio.

Se deben generar nuevas células; Las células viejas y los desechos deben ser barridos.

La biosíntesis y la biodegradación son elementos clave de la autosostenibilidad y requieren metabolismo para mantener su forma y funciones.

A través de este sistema, las moléculas de ADN se sintetizan y ensamblan en patrones de forma jerárquica, lo que resulta en algo que puede perpetuar un proceso dinámico y autónomo de crecimiento y decadencia.

Usando DASH, crearon un biomaterial que puede emerger de forma autónoma de sus bloques de construcción a nanoescala y organizarse por sí mismo, primero en polímeros y finalmente en formas de mesoescala.

Partiendo de una secuencia de semillas de 55 nucleótidos, las moléculas de ADN se multiplicaron cientos de miles de veces, creando cadenas de ADN de repetición de unos pocos milímetros de tamaño.

La solución de reacción se inyectó luego en un dispositivo microfluídico que proporcionaba un flujo de energía líquida y los componentes básicos necesarios para la biosíntesis.

A medida que el flujo invadía el material, el ADN sintetizaba sus propias nuevas hebras, con el extremo frontal del material creciendo y el extremo de la cola degradándose en un equilibrio optimizado.

De esta manera, hizo su propia locomoción, avanzando lentamente, contra el flujo, de manera similar a como se mueven los moldes de limo.

La habilidad de la locomotora permitió a los investigadores enfrentar grupos del material entre sí en carreras competitivas.

Debido a la aleatoriedad en el entorno, un cuerpo eventualmente obtendría una ventaja sobre el otro, permitiendo que uno cruce primero una línea de meta.

“Los diseños siguen siendo primitivos, pero mostraron una nueva ruta para crear máquinas dinámicas a partir de biomoléculas.

Estamos en un primer paso en la construcción de robots reales mediante metabolismo artificial ”, dijo Shogo Hamada, profesor e investigador asociado en el laboratorio de Luo, y autor principal y coautor del artículo.

“Incluso a partir de un diseño simple, pudimos crear comportamientos sofisticados como las carreras. El metabolismo artificial podría abrir una nueva frontera en robótica “.

Actualmente, los ingenieros están explorando formas para que el material reconozca los estímulos y puedan buscarlos de manera autónoma en el caso de la luz o los alimentos, o evitarlos si son dañinos.

El metabolismo programado incrustado en los materiales de ADN es la innovación clave.

El ADN contiene el conjunto de instrucciones para el metabolismo y la regeneración autónoma. Después de eso, es por su cuenta.

“Todo, desde su capacidad para moverse y competir, todos esos procesos son independientes. No hay interferencia externa “, dijo Luo.

“La vida comenzó miles de millones de años a partir de unos pocos tipos de moléculas. Esto podría ser lo mismo “.

El material que el equipo creó puede durar dos ciclos de síntesis y degradación antes de que caduque.

Según los investigadores, es probable que la longevidad se extienda, lo que abre la posibilidad de más “generaciones” de material a medida que se auto-replica.

“En última instancia, el sistema puede llevar a máquinas auto-reproductivas realistas”, dijo Hamada.

“Más emocionante, el uso del ADN le da a todo el sistema una posibilidad de auto-evolución”, dijo Luo. “Eso es enorme”.

Teóricamente, podría diseñarse para que las generaciones subsiguientes surjan en segundos.

Según Luo, la reproducción a este ritmo acelerado aprovecharía las propiedades mutacionales naturales del ADN y aceleraría el proceso evolutivo.

En el futuro, el sistema podría usarse como un biosensor para detectar la presencia de cualquier ADN y ARN.

El concepto también podría usarse para crear una plantilla dinámica para hacer proteínas sin células vivas.

Fuente: Cornell

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