Los "nano-interruptores" enlazan el mundo biológico con la tecnología a nanoescala
"Sinceramente, algunos investigadores no pensaban que era posible lo que estábamos haciendo", afirmó el Dr. Keith Firman, al llegar a su fin Mol-Switch, el proyecto del VI Programa Marco que coordina. "Sin embargo, conseguimos que nuestro interruptor molecular funcionara", informó a Resultados IST. El proyecto no sólo ha funcionado sino que ha tenido éxito a pesar del escrutinio y el escepticismo de los expertos de ámbitos asociados como la biotecnología y la biofísica. El proyecto en sí es bastante difícil de conceptualizar: un dispositivo "nano-actuador" tan pequeño que puede utilizarse para mover fragmentos específicos de ADN y permite la secuenciación individual del ADN. El objetivo del proyecto era elaborar un "nano-interruptor molecular individual". Durante tres años los seis socios procedentes de la Universidad de Portsmouth y el Laboratorio nacional de Física del Reino Unido; el ENS/CNRS, de Francia; el TUDelft, de Países Bajos; la Universidad de Parma, de Italia, y el Instituto de Microbiología de Praga (República Checa), desarrollaron el nanodispositivo. Previamente se había decidido que el proyecto sería considerado un éxito si podía demostrar la actividad, eficacia y estabilidad del interruptor, su eficacia en la secuenciación del ADN y su potencial comercial. La parte experimental del proyecto constaba de dos fases: en primer lugar, se utilizaría un motor biológico para la fabricación del nano-actuador (o simplemente dispositivo) que dirigiría hacia la superficie una microesfera magnética. El movimiento de la microesfera generaría una diminuta aunque detectable corriente eléctrica. En segundo lugar, el motor biológico debería atraer el etiquetado fluorescente del ADN hacia una versión de etiquetado fluorescente del motor. Esto producirá una "anisotropía de fluorescencia y transferencia de energía" (FRET), que puede aportar mediciones precisas sobre la secuenciación del ADN y precisión, por lo tanto, al interruptor. La secuenciación del ADN es lo que indujo al proyecto del Genoma Humano a descodificar el cuerpo humano. El ADN tiene cuatro "bases" que son todas proteínas identificadas con las letras A, C, G y T. Las diferentes secuencias genéticas son simplemente listas compuestas por las diferentes combinaciones de las letras A, C, G y T. Los investigadores utilizaron un tipo de motor molecular conocido como "enzimas del sistema restricción modificación". Este motor molecular se adhiere por sí solo a secuencias específicas de A, C y T. Como explica el Dr. Firman "este enlace es muy específico, ya que el motor sólo se enlazará a sus bases correspondientes, pudiéndose controlar exactamente la ubicación del motor sobre la hebra de ADN vertical". La hebra de ADN se mantiene recta gracias a un campo magnético, arrastrando un marcador magnético al extremo de la hebra de ADN. El motor molecular se sitúa por debajo del marcador magnético en una posición específica y no se mueve. Al poner en marcha el motor molecular, y una vez alimentado con combustible biológico ATP (adenosintrifosfato), tira de la hebra de ADN y se para cuando alcanza el marcador magnético. La cuestión que se plantea es por qué interesa y qué uso tiene. Lo respuesta más simple es que el nanointerruptor permite la transferencia de un modo de energía hacia otro y su aprovechamiento de forma controlada. "El interruptor de luz, el botón de un bolígrafo retráctil, todos son actuadores, y con este interruptor molecular hemos creado un actuador diminuto que podrá ser igualmente utilizado en un amplio número de aplicaciones", declara el Dr. Firman. El resultado es literalmente casi un componente básico para el mundo de la nanoescala y, conforme aumenta la imaginación de los investigadores así lo harán las utilidades del interruptor. "Se podría utilizar como un comunicador entre el mundo biológico y el silicio. Me imagino que servirá para los implantes humanos, creando una interfaz entre el músculo y los dispositivos externos a través del uso de ATP. Todavía le quedan unos 20 o 30 años a este tipo de aplicación", declara el Dr. Firman. "Es muy apasionante y ahora mismo estamos solicitando la patente de los conceptos básicos". Uno de los resultados que no se buscaban intencionadamente en esta investigación es la secuenciación del ADN. Si la hebra de ADN está marcada con fluorescente, entonces "conoceremos la velocidad del motor, que es bastante fiable y estable a cualquier temperatura y podremos localizar la posición de la molécula de flúor del ADN en relación con el sitio de enlace del motor", declara el Dr. Firman. "Hay que trabajar más. Sin embargo, el concepto tiene solidez y ahora tenemos suficientes pruebas para demostrar que se podría utilizar en la secuenciación de polimorfismos nucleótidos únicos (SNP), que son los causantes de los desajustes genéticos". El siguiente paso es convertir esta idea un producto comercial. "Estamos solicitando un nuevo proyecto dentro del plan de Ciencias y Tecnologías Nuevas y Emergentes (NEST) y, si tiene éxito, seremos capaces de desarrollar un producto comercial de biodetección", concluye el Dr. Firman.
Países
Chequia, Francia, Italia, Países Bajos, Reino Unido