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Nano commutatore, ponte tra biologia e nanotecnologia

"Onestamente, alcuni ricercatori non pensavano che fosse possibile realizzare le nostre attività", dichiara il dott. Keith Firman, a proposito del completamento del progetto Mol-Switch da egli coordinato nell'ambito del Sesto programma quadro (6PQ). "Tuttavia siamo riusciti a ...

"Onestamente, alcuni ricercatori non pensavano che fosse possibile realizzare le nostre attività", dichiara il dott. Keith Firman, a proposito del completamento del progetto Mol-Switch da egli coordinato nell'ambito del Sesto programma quadro (6PQ). "Tuttavia siamo riusciti a far funzionare il nostro commutatore molecolare" ha spiegato a IST Results. Il progetto non solo ha funzionato, ma è stato un vero e proprio successo nonostante la sorveglianza attiva e lo scetticismo degli esperti nei settori connessi, come la biotecnologia e la biofisica. Il progetto di per sé è piuttosto difficile da concettualizzare: un dispositivo "nano attuatore" così piccolo da poter essere utilizzato per manipolare frammenti specifici di DNA e consentire un sequenziamento individuale del DNA. Obiettivo del progetto era produrre un singolo "nano commutatore" molecolare. Sei partner, l'Università di Portsmouth (Regno Unito), il laboratorio nazionale di fisica (Regno Unito), l'ENS/CNRS (Francia), TUDelft (Paesi Bassi), l'Università di Parma (Italia) e l'Istituto di microbiologia di Praga (Repubblica ceca), hanno lavorato per tre anni allo sviluppo del nano dispositivo. Fin dall'inizio era stato deciso che il progetto, per essere considerato un successo, dovesse dimostrare l'attività, l'efficienza e la stabilità del commutatore, la sua efficacia per il sequenziamento del DNA e il suo potenziale commerciale. La parte sperimentale del progetto era costituita da due fasi: la prima riguardava l'utilizzo di un motore biologico per produrre un nano attuatore (o semplicemente un dispositivo) in grado di attirare una perla magnetica verso una superficie. Il movimento della perla avrebbe generato una corrente elettrica debole ma rilevabile. In secondo luogo il motore biologico doveva condurre il DNA marcato in fluorescenza verso una versione del motore marcata in fluorescenza. Ciò comporterà un "trasferimento di energia a risonanza di fluorescenza" (FRET), che può effettuare misurazioni accurate del sequenziamento del DNA e pertanto dell'accuratezza del commutatore. L'obiettivo del progetto Genoma umano era di decifrare il sequenziamento del DNA nell'organismo umano, in cui il DNA dispone di quattro "basi", tutte proteine identificate con le lettere A, C, G e T. Le diverse sequenze di un gene sono semplici elenchi di A, C, G e T in diverse combinazioni. I ricercatori hanno utilizzato un tipo di motore molecolare noto come "enzima di restrizione-modificazione". Questo motore molecolare si fissa esclusivamente in sequenze specifiche di A, C, G e T. "È un legame molto specifico, un motore si lega solo alle basi corrispondenti in modo tale da poter controllare esattamente dove è collocato il motore sul filamento verticale di DNA", ha affermato il dott. Firman. Il filamento di DNA è mantenuto in posizione verticale da un campo magnetico che attira un marcatore magnetico all'altro capo del filamento. Il motore molecolare si trova sotto il marcatore magnetico, in un luogo specifico da cui non si muove. Quando il motore molecolare è avviato, alimentato dal carburante biologico ATP, esso attira il filamento di DNA e si arresta quando raggiunge il marcatore magnetico. Qual è l'importanza e quale l'impiego del nano commutatore? Molto semplicemente esso consente di trasformare una forma di energia in un'altra per scopi utili e in modo controllato. "L'interruttore della luce e il pulsante che fa funzionare una penna retraibile sono tutti attuatori. Sviluppando un commutatore molecolare, abbiamo creato un attuatore minuscolo che potrebbe essere utilizzato in un vasto numero di applicazioni", dichiara il dott. Firman. Il risultato è una vera e propria componente elementare per il nanomondo, e le applicazioni utili del commutatore cresceranno alla stregua della fantasia dei ricercatori. "Il commutatore potrebbe servire da anello di comunicazione tra la biologia e il mondo informatico. Potrebbe essere un'interfaccia tra muscoli e elementi esterni, attraverso il suo utilizzo dell'ATP negli impianti umani. Tale applicazione sarà possibile solo tra 20 o 30 anni", ha dichiarato il dott. Firman. "È molto emozionante. Abbiamo appena presentato la domanda per un brevetto relativo ai concetti di base". Una conseguenza non attesa della ricerca riguarda il sequenziamento del DNA. Se il filamento del DNA è marcato in fluorescenza, allora "conoscendo la velocità del motore, che è alquanto affidabile e stabile a qualsiasi temperatura specifica, potremmo localizzare la posizione della molecola Fluor basata sul DNA, relativa al sito di fissaggio del motore", ribadisce il dott. Firman. "Molto resta ancora da fare. Il concetto tuttavia è valido e ora disponiamo di prove sufficienti per dimostrare che potrebbe essere utilizzato nel sequenziamento di polimorfismi nucleotidici semplici (SNP) che provocano disturbi genetici". La prossima fase consisterà nella realizzazione di un prodotto commerciabile. "Abbiamo presentato una candidatura per un nuovo progetto del programma "Scienze e tecnologie nuove ed emergenti" (NEST) [dell'Unione europea] e, se sarà accettata, saremo in grado di sviluppare un prodotto commerciale per i sensori biologici", conclude il dott. Firman.

Paesi

Cechia, Francia, Italia, Paesi Bassi

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