La nanotecnología de ADN utiliza las propiedades físicas únicas de las moléculas de ADN para diseñar y crear estructuras a nanoescala, con la esperanza de algún día poder crear diminutas máquinas que trabajen juntas como lo hacen las partes de una célula. Sin embargo, uno de los retos dentro de este campo reside en encontrar la forma de diseñar y crear las estructuras de ADN con alta precisión. Un estudio reciente, publicado en Science, supone un antes y un después en la capacidad de los investigadores para modelar el ADN; describe un método para contruir formas de ADN tridimensionales con  elaborados giros y curvas con una precisión nunca vista hasta ahora, desarrollado por científicos en Harvard y la Universidad Técnica de Munich, en Alemania.

Hao Yan, profesor de bioquímica en la Universidad del Estado de Arizona, y que no formó parte del estudio, afirma que este trabajo añade un nivel de control importante en comparación con métodos anteriores. “Creo que somos capaces de decir que es posible crear cualquier tipo de arquitectura utilizando ADN,” afirma.

Una de las ventajas principales de utilizar ADN como material de construcción es que resulta programable. Las moléculas de ADN están formadas por cadenas de bases nucleótidas unidas entre sí y de cuatro tipos distintos: A, T, G y C. Estas bases se pegan a las bases de otras tiras de ADN siguiendo para ello una regla muy sencilla: los pares A con los T, y los pares C con los G. Al crear secuencias de ADN con bases complementarias de tiras distintas, resulta posible diseñar moléculas de ADN que se puedan auto ensamblarse y crear ciertas formas de acuerdo a una serie de reglas predecibles.

Los trabajos anteriores utilizaban un método llamado “origami de ADN” para diseñar formas bidimiensionales a partir del ADN; los estudios posteriores han seguido elaborando este método para lograr crear formas en tres dimensiones. El origami de ADN utiliza una cadena de ADN de gran longitud, conocida como el andamiaje, y cientos de cadenas más cortas, conocidas como grapas. Las grapas se unen al andamiaje en ciertos puntos y en base a su secuencia, pellizcando el andamiaje y forzándolo a doblarse hacia atrás varias veces hasta crear una tira con una forma determinada.

El estudio publicado en Science es una extensión de un trabajo llevado a cabo por el mismo equipo de investigadores, adaptando el método de origami de ADN original para crear formas tridimensionales más complejas. Con anterioridad, el equipo logró diseñar ADN para formar hélices atadas con tiras de grapas de vínculo cruzado dentro de un entramado con forma de panal. En el estudio actual, los investigadores introdujeron dobleces y giros dentro de estas formas mediante la inclusión o eliminación de bases en ciertos puntos del andamiaje, cambiando las fuerzas locales que las hélices ejercen unas sobre otras y forzando a toda la estructura a que se curve a la derecha o a la izquierda. Descubrieron que podían controlar el grado de curvatura con gran cantidad de precisión, consiguiendo dobleces similares a las que se encuentran en las células.

Los investigadores lograron crear objetos como, por ejemplo, “engranajes” a nanoescala, una cápsula con forma de pelota de playa, así como triángulos con lados tanto cóncavos como convexos. Shawn Douglas, coautor de la Universidad de Harvard, desarrolló un programa de diseño por ordenador disponible a nivel público y que se puede utilizar como interfaz visual para el diseño de formas de ADN.

William Shih, coautor del estudio y profesor asistente de química biológica y farmacología molecular en la Escuela Médica de Harvard, afirma que la capacidad para crear estructuras curvas añade un elemento importante a la caja de herramientas de la nanociencia del ADN. Señala que objetos tales como anillos, muelles y engranajes son de gran importancia en las máquinas a macroescala, mientras que las células también contienen elementos con partes curvas, lo que sugiere que estas propiedades también resultan importantes al trabajar a escala nanométrica. “Si no poseyésemos esta capacidad de construcción general, nuestra habilidad para construir dispositivos útiles se vería mermada,” afirma.

Chengde Mao, profesor asociado de química analítica en la Universidad Purdue, describe este logro como “sorprendente” y afirma que su propio laboratorio ha intentado fabricar estructuras similares sin éxito. Afirma que este estudio no sólo demuestra que el ADN se puede retorcer y doblar en grados extremos, sino que “lo mejor es que las curvas son realmente suaves,” mientras que los intentos anteriores han dado como resultado curvas pixeladas.

Las aplicaciones prácticas de esta técnica aún no están del todo claras, aunque existen muchas posibilidades. Puesto que las formas de ADN descritas en el estudio de Science son del tamaño del un virus común, Shih afirma que quizá podrían diseñarse para entrar en células como los virus para liberar fármacos una vez dentro. Las partes de ADN también se pueden utilizar para diseñar dispositivos electrónicos moleculares, que algún día podrían ofrecer un nuevo nivel de miniaturización para crear ordenadores más rápidos.

Yan afirma que el estudio viene a confirmar la impresionante capacidad del ADN, aunque añade que los científicos aún necesitan estudiar estas estructuras con más detalle para evaluar su estabilidad y su comportamiento a lo largo del tiempo.