¿Qué es el DNA origami?
El DNA origami es una técnica de ingeniería molecular en la que se utiliza el DNA como material de construcción para crear estructuras con formas y tamaños nanométricos precisos. Esta técnica fue desarrollada por primera vez en 2006 e inmediatamente se popularizó debido a las grandes ventajas que ofrece esta técnica de nanoconstrucción.
El principio fundamental del DNA origami se basa en el hecho de que el DNA es una molécula extremadamente versátil y que puede ser diseñada de manera precisa para formar estructuras de nanoescala utilizando la capacidad de reconocimiento que existen en los 4 nucleótidos que lo forman: Adenina une a Timina, y Guanina a Citosina. Para crear nanoestructuras, se utiliza una cadena larga de DNA (de cadena sencilla) y se le da la forma deseada mediante la adición de DNAs pequeños, conocidos como oligonucleótidos. Estos oligonucleótidos se "pegan" a la cadena larga o "templado" de ADN en puntos específicos y lo van plegando de manera precisa para dar forma a la estructura final. Se puede pensar que la cadena larga de DNA es el "lienzo" y los oligonucleótidos son las "pinceladas" que terminarán creando una nanoestructura bien definida.
El DNA origami ha sido ampliamente utilizado en la nanotecnología y ha revolucionado nuestra comprensión de cómo se puede utilizar el ADN para crear estructuras de nanoescala. Además, esta técnica ha permitido a los científicos explorar nuevas formas de utilizar el DNA y su estructura para resolver problemas y desarrollar tecnologías innovadoras en campos como la biomedicina, la nanoelectrónica y la nanofabricación.
Historia del DNA origami
El DNA origami tiene sus raíces en la década de 1980, cuando el científico estadounidense Ned Seeman publicó un artículo en el que describía cómo se podían utilizar fragmentos de DNA para formar estructuras con tamaño nanométrico. Sin embargo, fue el trabajo en el año 2006 de un científico del Instituto Tecnológico de California, Paul Rothemund, el que llevó al desarrollo del DNA origami tal como lo conocemos hoy en día.
En su famoso artículo "Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns", Rothemund describió cómo se podía utilizar una cadena larga de DNA como "lienzo" y darle forma mediante la adición de "pinceladas" de oligonucleótidos. Esto permitió a Rothemund crear estructuras de nanoescala con formas y tamaños precisos, como rectángulos, círculos, estrellas, "caritas felices", entre otras. Desde entonces se ha desarrollado una amplia gama de técnicas y herramientas para mejorar y optimizar el proceso de creación de DNA origami, lo que ha llevado a que esta técnica revolucione la nanotecnología.
¿Cómo se hace un DNA origami?
El proceso es relativamente sencillo y se puede resumir en tres pasos principales:
1) Diseño: En primer lugar, se diseña la estructura deseada utilizando software de diseño de DNA origami. El software más común es CadNano. Este software permite a los científicos especificar la forma y el tamaño de la estructura y generar la secuencia de DNA necesaria para crearla.
2) Síntesis: A continuación, se sintetizan los fragmentos de DNA necesarios para crear la estructura. Los oligonucleótidos se pueden producir utilizando la síntesis química en fase sólida, mientras que el DNA largo se obtiene del virus M13mp18, el cual se produce mediante bacteria E. coli.
3) Anclaje: Por último, se mezclan todos los componentes de DNA, en presencia del ion magnesio (Mg2+) a una concentración de decenas de milimolar, y se someten a un proceso térmico. Este consiste en un calentamiento a una temperatura entre 70-90 ºC y un enfriamiento por varios minutos u horas. En este proceso se "pegan" los oligonucleótidos de DNA a la cadena larga de DNA y se va generando la estructura de DNA origami deseada.
Ventajas y desventajas del DNA origami
Al igual que cualquier otra tecnología, el DNA origami tiene sus propias ventajas y desventajas. Ventajas:
1) Precisión: Se pueden crear estructuras de nanoescala con formas y tamaños precisos, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren un muy alto grado de precisión.
2) Versatilidad: El DNA origami se puede utilizar para desarrollar de manera rápida y expedita muchas formas diferentes en 2 y 3 dimensiones y hasta nanomáquinas y nanorobots.
3) Capacidad de programación: El DNA origami se puede programar para realizar diferentes tareas, lo que lo hace muy útil para aplicaciones que requieren una respuesta adaptativa.
Sin embargo, también hay algunas desventajas que deben tenerse en cuenta:
1) Complejidad: El proceso de creación de DNA origami es relativamente complejo y requiere un alto grado de habilidad y conocimiento para poder reproducir las nanoestructuras.
2) Costo: El proceso de creación de DNA origami puede ser relativamente costoso y requiere equipo especializado para analizar las nanoestructuras obtenidas.
3) Limitaciones: Todavía hay límites en cuanto al tamaño y la complejidad de las estructuras que se pueden crear.
Aplicaciones del DNA origami
Las nanoestructuras creadas con la técnica de DNA origami tienen una amplia gama de aplicaciones en diferentes campos de la ciencia y la tecnología. Algunas de sus aplicaciones más importantes incluyen:
1) Uso en la nanotecnología: desarrollo de nuevos materiales y dispositivos que tienen aplicación como sensores, dispositivos de almacenamiento de datos y dispositivos de diagnóstico médico.
2) Uso en la biomedicina: vehículos de entrega de fármacos o cómo andamios para la producción de nanomateriales biocompatibles. Esto ha permitido a los científicos explorar el desarrollo de nuevos tratamientos médicos y terapias más efectivas.
3) Uso en la nanoelectrónica: desarrollo de nanocomponentes para crear dispositivos electrónicos más pequeños y más potentes.
4) Otros usos: el DNA origami tiene un gran potencial para ser utilizado en una amplia gama de campos, como la producción de materiales, la energía y la agricultura.
Futuro del DNA origami
El DNA origami es una tecnología relativamente nueva que ha demostrado ser muy versátil y tiene un gran potencial para tener un impacto en diferentes campos de la ciencia y la tecnología. Aunque todavía hay algunas limitaciones y desafíos a los que se enfrenta, se espera que el DNA origami continúe evolucionando y que tenga un gran impacto en el futuro. Es importante seguir explorando y desarrollando esta tecnología para poder aprovechar al máximo su potencial y contribuir a avances significativos en diferentes áreas. Los creadores del DNA origami han recibido muchos premios y reconocimientos, sin embargo aún no han sido reconocidos con el premio Nobel. Desafortunadamente a principio del año 2022 Ned Seeman falleció, por lo que el único que podría ser reconocido es Paul Rothemund.
Para leer mas sobre el tema:
https://bionanotecnologias.blogspot.com/search/label/Bionanotecnolog%C3%ADa%20DNA%20Origami
