Ciencia: Desarrollan una fórmula para construir ADN sin errores

La investigación internacional, en la que colaboró ​​el equipo de Sapienza, ha desarrollado un método para identificar la solución óptima y más eficiente para construir estructuras complejas utilizando ladrillos de ADN mediante un mecanismo de autoensamblaje. Este descubrimiento abre nuevos horizontes para el diseño de nanomateriales y para sus aplicaciones en áreas como la fotónica y la nanoelectrónica. Los resultados se publican en Science. Todos los niños que tienen en sus manos piezas de Lego o piezas de un rompecabezas han intentado al menos una vez crear una construcción o volver a montar la imagen escondida en las baldosas. La capacidad de ensamblar moléculas de ADN, como si fueran ladrillos de Lego o piezas de un rompecabezas, para crear estructuras tan complejas como cristales, es la última frontera de la física. El ADN se puede utilizar para este fin gracias a la complementariedad de las cuatro bases nitrogenadas, lo que lo hace versátil y adecuado para unirse en compuestos. A través de un mecanismo llamado “autoensamblaje”, las propias moléculas, incluso en grandes cantidades, forman una estructura ordenada como resultado de interacciones específicas y locales entre los componentes, sin influencias externas. Sin embargo, lograr y controlar el autoensamblaje de moléculas no es fácil. Dada una estructura específica, el desafío es poder instalarla de manera correcta y eficiente, minimizando al máximo el número de diferentes componentes necesarios. Una colaboración internacional ha buscado investigar exhaustivamente el problema en un estudio que pronto se publicará en la revista Science. También participan los expertos Lorenzo Rovigatti, Francesco Sciortino y John Russo del Departamento de Física de la Universidad Sapienza, junto con colegas de la Universidad Ca’ Foscari de Colombia y la Universidad Estatal de Arizona. Volviendo al ejemplo anterior, las piezas de Lego y las piezas del rompecabezas son en realidad dos procesos de construcción alternativos y diferentes. Los primeros son todos similares entre sí y están diseñados para que puedan unirse con cualquier otro ladrillo para crear innumerables formas. Pero estos últimos son todos diferentes y sólo se adhieren a su contraparte, en una posición muy específica, para formar un diseño predeterminado. Por lo tanto, la elección de los científicos está en el medio: no todos los mismos ladrillos para obtener infinitas estructuras, ni todas las diferentes piezas para obtener el resultado deseado, sino el número mínimo de elementos diferentes para crear exactamente y sólo la forma deseada. La clave para llegar a la solución fue traducir este problema teórico, y por tanto la estructura requerida, en un conjunto de oraciones lógicas simples. Luego se pueden resolver numéricamente, obteniendo así una solución óptima y eficiente para cualquier forma. Para demostrar la validez del método, los autores decidieron lograr experimentalmente el autoensamblaje de un cristal elegido por sus propiedades nanofotónicas, el pirocloro, “un cristal que no existe en la naturaleza y era imposible de lograr experimentalmente”, dice John. Rousseau, del Departamento de Física – para crearlo se utilizaron moléculas compuestas íntegramente de ADN (en la terminología “origami de ADN”). De esta manera se pudo demostrar que, como era de esperarse, se formó con precisión la estructura deseada, en una especie de rompecabezas de sólo cuatro tipos de piezas que infaliblemente se ensamblan entre sí.
“El trabajo se basa en la idea de utilizar una herramienta matemática llamada Satisfiabilidad Booleana, también conocida como SAT, para resolver el problema de autoensamblaje de estructuras ordenadas a partir de un número limitado de ladrillos. La ventaja de utilizar SAT es que. , además de obtener una solución que ensambla la estructura deseada, también permite optimizar la solución para que cualquier estructura que compita con el objetivo esté en desventaja – dice Lorenzo Rovigati del Departamento de Física de la Arquitectura – En este trabajo, aplicar esta técnica de vanguardia para diseñar en el ordenador y luego obtener en el laboratorio un material cristalino que aún no ha sido ensamblado, demostrando claramente el potencial de nuestro método, al que hemos denominado “ensamblaje SAT”. a la formación automática de estructuras ofrece una nueva perspectiva en el diseño de nanomateriales, permitiendo estructuras compuestas por miles de millones de componentes dispuestos con absoluta precisión y allanando el camino para aplicaciones en campos como la fotónica y la nanoelectrónica (AGI).
LIC/AV