Una colaboración internacional de científicos, entre los que se encuentra un grupo de investigadores del Laboratorio de Materia Blanda del Departamento de Física de la Universidad de Roma La Sapienza (Italia), logró desarrollar un nuevo método matemático que permite crear estructuras complejas de ADN ensamblando moléculas como si fueran ladrillos de construcción. Y un grupo de colegas de la Universidad Estatal de Arizona (y de otros institutos) validaron experimentalmente el método, siguiendo las reglas matemáticas para construir algunas de estas estructuras en el laboratorio.
La investigación, cuyos resultados se publicaron recientemente en la prestigiosa revista Science, sienta las bases para el diseño de nuevos nanomateriales con propiedades ópticas muy interesantes, que algún día podrán utilizarse para perfeccionar componentes destinados a las computadoras cuánticas y otros dispositivos fotónicos y nanoelectrónicos.
En Boston, Ámsterdam y Hefei se han llevado a cabo tres experimentos independientes para probar la transmisión de información entre computadoras cuánticas a kilómetros de distancia.
Origami de ADN
La idea de utilizar el ADN como “ladrillo” de construcción no es nueva: lo que hace que esta molécula sea tan interesante y versátil es la especificidad de las interacciones entre las bases nitrogenadas que la componen, es decir, el hecho de que cada una de las cuatro se una exclusivamente a otra: la adenina a la timina y la guanina a la citosina, y viceversa.
El verdadero avance se produjo en 2006, cuando Paul Rothemund, físico del Instituto Tecnológico de California, propuso un sistema de “plegado” del ADN inspirado en el origami japonés. Básicamente, los fragmentos de la molécula se pliegan sobre sí mismos para acercar regiones inicialmente distantes y posteriormente se “cosen” mediante una especie de clip, también de ADN. La técnica, que recibe el nombre de origami de ADN, pareció inmediatamente muy prometedora y ya ha encontrado varias aplicaciones, sobre todo en el campo del tratamiento farmacológico, pero aún tiene algunas limitaciones: es difícil reproducir el proceso en grandes cantidades y fabricar formas especialmente complejas, lo que, en cambio, es un objetivo esencial si se quiere emplear estas estructuras a mayor escala.
¿Verdadero o falso?
Es en este punto de la historia en el que encaja el trabajo que acaba de publicarse: los autores del estudio han conseguido, de hecho, desarrollar un sistema para que la construcción de estas estructuras sea más eficaz, precisa y escalable, controlando (y evitando) todos los posibles “errores” durante el ensamblaje.
“El principal problema que surge cuando se intenta aumentar el tamaño de las estructuras basadas en el ADN”, explica Lorenzo Rovigatti, coautor del trabajo, “son las llamadas trampas cinéticas. Es como si las piezas de las moléculas, al plegarse, quedaran ‘atascadas’ en una determinada configuración, lo que les impide ensamblarse en la estructura que nos gustaría tener en su lugar”.
Para superar este problema, los científicos “trajeron” la forma en que se ensamblan las moléculas a un sistema de reglas, concretamente cláusulas o condiciones booleanas; de hecho, la herramienta se denomina satisfacibilidad booleana, o SAT, que representan matemáticamente las formas y restricciones de construir estructuras, y después desarrollaron un algoritmo para satisfacer estas condiciones.