Robots de ADN de clasificación de carga
Ilustración conceptual de dos robots de ADN que recolectan y clasifican carga DEMIN LIU (WWW.MOLGRAPHICS.COM) Caminando a través de un paisaje de ADN doblado con precisión, un diminuto robot recoge una carga útil molecular y la deja en una dirección de entrega definida, luego se dirige a recuperar y clasificar más moléculas. Esta no es la escena inicial de una nueva película de ciencia ficción, es el resultado de un proyecto de bioingeniería muy real publicado hoy (14 de septiembre) en Science. Además, estos robots encuentran y clasifican las moléculas sin microgestión humana.
“El diseño de los robots es increíblemente elegante. . . . Tiene una gran sencillez, pero los robots, sin embargo, pueden hacer cosas no triviales” dice el científico informático John Reif de la Universidad de Duke, que no participó en el proyecto. «Esta es una investigación hermosa que ha llevado el campo de la robótica de ADN a una nueva etapa».
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Más allá de estas fabricaciones sofisticadas, conocidas como origami de ADN, la molécula también se está utilizando para construir robots. La previsibilidad del comportamiento molecular del ADN, especialmente sus capacidades de comprimir y descomprimir (su transformación entre estados de cadena doble y simple), está permitiendo a los bioingenieros diseñar robots que pueden caminar y transportar cosas. Los pies monocatenarios forman enlaces temporales con secuencias complementarias a lo largo de una pista de ácido nucleico, mientras que las manos monocatenarias unen objetivos complementarios para recoger mercancías.
Sin embargo, los robots de ADN existentes tienen limitaciones. O no son autónomosCada movimiento del pie requiere. . . Además de una nueva cadena de ADN por parte del usuario, el postdoctorado Anupama Thubagere de CalTech explica en un correo electrónico que tienen químicas muy complejas que involucran muchas cadenas de ADN, escribe su asesora, Lulu Qian. Esta complejidad no significa que los robots no puedan desarrollarse para funciones más interesantes, pero uno esperaría encontrar una gran cantidad de dificultades al hacerlo, continúa Qian.
Para evitar tales dificultades, Qian, Thubagere, y sus colegas han creado un sistema modular simple con solo cuatro componentes de ADN: robots, cargas, destinatarios de entrega y un tablero de origami al que se unen los otros componentes. Los robots consisten en un tramo de ADN monocatenario dividido a lo largo de su longitud en un pie, una pierna, otro pie, un brazo y una mano. Los cargamentos de ácido nucleico tienen secuencias complementarias a las de la mano y el brazo del robot, además de un tramo que coincide con un sitio de entrega específico.
La plataforma de origami se puede considerar como un tablero de ajedrez resistente sobre el que se colocan los cargamentos. y sus destinatarios están adheridos a casillas específicas, mientras que los robots deambulan libremente de casilla en casilla. El dominio de piernas del robot, en esta analogía, puede unir cualquier cuadrado (blanco y negro), mientras que cada uno de sus pies puede unir solo un color (blanco o negro).
Con una pierna y un pie atados a un cuadrado negro, por ejemplo, el robot puede dar un paso hacia un cuadrado blanco vecino con el pie libre, que luego toma el dominio de la pierna con él (descomprimiéndolo del cuadrado negro y comprimiéndolo en el blanco). Debido a que el estado de energía de la unión a cualquier ubicación es igual, el robot puede moverse aleatoriamente por el tablero sin entrada ni instrucción.
Animación conceptual de un robot de ADN (azul) dando un solo paso en una pista lineal ( gris).CALTECH
Cuando, durante esta caminata aleatoria, el robot se encuentra con una molécula de carga, sus secuencias complementarias de brazos y manos pueden recogerla. Más tarde, cuando el robot encuentra un objetivo con una coincidencia de secuencia complementaria, se entrega la carga útil.
Para evaluar la capacidad de los robots para recolectar y clasificar cargas, los investigadores colocaron una mezcla de dos paquetes de ADN diferentes en un lado. del tablero, y los respectivos destinatarios en dos grupos separados en el otro. El etiquetado de las secuencias de carga con etiquetas fluorescentes permitió a los investigadores visualizar su agrupación gradual en las ubicaciones objetivo específicas, lo que confirma que los robots efectivamente estaban recogiendo y dejando cargas como se esperaba. En estos experimentos, los robots clasificaron dos tipos de cargas, pero en teoría, es posible entregar múltiples tipos.
El objetivo de la robótica de ADN no es jugar juegos de damas moleculares, por supuesto, sino crear máquinas que puede realizar tareas cada vez más complicadas, como sintetizar productos químicos difíciles de fabricar o administrar fármacos en respuesta a señales de enfermedades específicas.
Muchas de las aplicaciones potenciales siguen siendo ciencia ficción, dice Qian en su correo electrónico, [ porque] hay muchas dificultades prácticas que deben superarse, como agregar más componentes funcionales a los robots.
Sin embargo, dice Milan Stojanovic de la Universidad de Columbia, quien no participó en el trabajo, este documento representa, un paso importante en una dirección que todos los involucrados en robótica molecular saben que debemos tomar. Es decir, hacer robots que realicen tareas complejas de forma autónoma. Nos acerca un paso más en el arco del progreso hacia finalmente [el uso de robots de ADN] en el entorno natural.
AJ Thubagere et al., Un estudio de clasificación de carga Robot de ADN, Ciencia, 357:eaan6558, 2017.
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