Como material gen\u00e9tico, el ADN es responsable de toda la vida conocida. Pero el ADN tambi\u00e9n es un pol\u00edmero. Aprovechando la naturaleza \u00fanica de la mol\u00e9cula, los ingenieros de Cornell han creado m\u00e1quinas simples construidas con biomateriales con propiedades de seres vivos.<\/p>\n

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Con el uso de lo que denominan materiales DASH (DNA-based Assembly and Synthesis of Hierarchical materials, Ensamblaje y S\u00edntesis de Jerarqu\u00edas a base de ADN), los ingenieros de Cornell construyeron un material de ADN con capacidades de metabolismo, adem\u00e1s del autoensamblaje y la organizaci\u00f3n, tres caracter\u00edsticas clave de la vida.<\/p>\n

\u201cEstamos introduciendo un concepto de material completamente nuevo y realista impulsado por su propio metabolismo artificial\u201d. \u00abNo estamos haciendo algo que est\u00e1 vivo, pero estamos creando materiales que son mucho m\u00e1s reales que nunca se han visto antes\u00bb, dijo Dan Luo, profesor de ingenier\u00eda biol\u00f3gica y ambiental en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida.<\/p>\n

El art\u00edculo es \u00abMaterial de ADN din\u00e1mico con comportamiento de locomoci\u00f3n emergente impulsado por el metabolismo artificial\u00bb (Dynamic DNA material with emergent locomotion behavior powered by artificial metabolism), publicado el 10 de abril en Science Robotics<\/a>.<\/p>\n

Para que cualquier organismo vivo se mantenga, debe haber un sistema para gestionar el cambio. Se deben generar nuevas c\u00e9lulas; Las c\u00e9lulas viejas y los desechos deben ser barridos. La bios\u00edntesis y la biodegradaci\u00f3n son elementos clave de la autosostenibilidad y requieren metabolismo para mantener su forma y funciones.<\/p>\n

A trav\u00e9s de este sistema, las mol\u00e9culas de ADN se sintetizan y ensamblan en patrones de manera jer\u00e1rquica, lo que resulta en algo que puede perpetuar un proceso din\u00e1mico y aut\u00f3nomo de crecimiento y decadencia.<\/p>\n

Usando DASH, los ingenieros de Cornell crearon un biomaterial que puede emerger de forma aut\u00f3noma de sus bloques de construcci\u00f3n a nanoescala y organizarse por s\u00ed mismo, primero en pol\u00edmeros y finalmente en formas de mesoescala (componentes en un rango de aproximadamente 0,1 mm a 5 mm). Partiendo de una secuencia de semillas de 55 nucle\u00f3tidos, las mol\u00e9culas de ADN se multiplicaron cientos de miles de veces, creando cadenas de ADN de repetici\u00f3n de unos pocos mil\u00edmetros de tama\u00f1o. La soluci\u00f3n de reacci\u00f3n se inyect\u00f3 luego en un dispositivo microflu\u00eddico que proporcionaba un flujo de energ\u00eda l\u00edquida y los componentes b\u00e1sicos necesarios para la bios\u00edntesis.<\/p>\n

A medida que el flujo invad\u00eda el material, el ADN sintetizaba sus propias nuevas hebras, con el extremo frontal del material creciendo y el extremo de la cola degrad\u00e1ndose en un equilibrio optimizado. De esta manera, hizo su propia locomoci\u00f3n, avanzando lentamente, contra el flujo, de manera similar a como se mueve el moho mucilaginoso<\/a>.<\/p>\n

La habilidad de locomoci\u00f3n permiti\u00f3 a los investigadores enfrentar grupos del material entre s\u00ed en carreras competitivas. Debido a la aleatoriedad en el entorno, un cuerpo eventualmente obtendr\u00eda una ventaja sobre el otro, permitiendo que uno cruzara primero una l\u00ednea de meta.<\/p>\n

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\u201cLos dise\u00f1os siguen siendo primitivos, pero mostraron una nueva ruta para crear m\u00e1quinas din\u00e1micas a partir de biomol\u00e9culas. Estamos en un primer paso en la construcci\u00f3n de robots reales mediante el metabolismo artificial\u201d, dijo Shogo Hamada, profesor e investigador asociado en el laboratorio de Luo, y autor principal y coautor del art\u00edculo. \u201cIncluso a partir de un dise\u00f1o simple, pudimos crear comportamientos sofisticados como las competencias. El metabolismo artificial podr\u00eda abrir una nueva frontera en rob\u00f3tica\u00bb.<\/p>\n

Actualmente, los ingenieros est\u00e1n explorando formas para que el material reconozca los est\u00edmulos y puedan buscarlos de manera aut\u00f3noma en el caso de la luz o los alimentos, o evitarlos si son da\u00f1inos.<\/p>\n

El metabolismo programado incrustado en los materiales de ADN es la innovaci\u00f3n clave. El ADN contiene el conjunto de instrucciones para el metabolismo y la regeneraci\u00f3n aut\u00f3noma. Despu\u00e9s de eso, es por su cuenta.<\/p>\n

\u201cTodo, desde su capacidad para moverse y competir, todos esos procesos son independientes. No hay interferencia externa \u00ab, dijo Luo. \u201cLa vida comenz\u00f3 miles de millones de a\u00f1os a partir de unos pocos tipos de mol\u00e9culas. Esto podr\u00eda ser lo mismo\u00bb.<\/p>\n

El material que el equipo cre\u00f3 puede durar dos ciclos de s\u00edntesis y degradaci\u00f3n antes de que caduque. Seg\u00fan los investigadores, es probable que la longevidad se extienda, lo que abre la posibilidad de m\u00e1s \u00abgeneraciones\u00bb de material a medida que se auto-replica. \u00abEn \u00faltima instancia, el sistema puede llevar a m\u00e1quinas auto-reproductivas realistas\u00bb, dijo Hamada.<\/p>\n

\u00abM\u00e1s emocionante, el uso del ADN le da a todo el sistema una posibilidad de auto-evoluci\u00f3n\u00bb, dijo Luo. \u00abEso es enorme\u00bb.<\/p>\n

Te\u00f3ricamente, podr\u00eda dise\u00f1arse para que las generaciones subsiguientes surjan en segundos. Seg\u00fan Luo, la reproducci\u00f3n a este ritmo acelerado aprovechar\u00eda las propiedades de mutaci\u00f3n naturales del ADN y acelerar\u00eda el proceso evolutivo.<\/p>\n

En el futuro, el sistema podr\u00eda usarse como un biosensor para detectar la presencia de cualquier ADN y ARN. El concepto tambi\u00e9n podr\u00eda usarse para crear una plantilla din\u00e1mica para hacer prote\u00ednas sin c\u00e9lulas vivas.<\/p>\n

El trabajo fue financiado en parte por la National Science Foundation<\/a> y apoyado por el Fondo de Ciencia y Tecnolog\u00eda de NanoEscala de Cornell y el Instituto Kavli en Cornell for Nanoscale Science. Entre los colaboradores se encuentran Jenny Sabin, la profesora de Arquitectura Arthur L. e Isabel B. Wiesenberger, y los investigadores forman la Universidad Jiaotong de Shanghai y la Academia China de Ciencias.<\/p>\n

Hay una patente pendiente en el Centro de Licencias de Tecnolog\u00eda.<\/p>\n