DNAren nanoteknologia eta materia aktiboaren auto-antolakuntza

Ibon Santiago

Tolestu, itsatsi eta mugitu: DNA Origami bidezko nano-egituren auto-antolakuntza.

1. irudia: DNAren molekulen auto-antolaketa gaitasunari esker, base-sekuentzia batean programatu dezakegu 3D-ko edozein egitura eta hau behetik gora (bottom-up) eraiki.

DNA garrantzi biologiko handiko molekula da, honek gordetzen baitu proteinak sortzeko beharrezkoa den informazio genetikoa. Azken urteotan ingeniaritza genetikoan aurrerapauso handiak eman dira. CRISPR/Cas9 bezalako teknologiei esker, genoma editatzea nabarmenki erraztu da eta ondorengo belaunaldiko sekuentziazioak (NGS) DNA masiboki irakurtzea (sekuentziazioa) ahalbidetu du. DNAren manipulazioak aukera handiak eskaintzen ditu medikuntzaren arloan, diagnosi eta terapia berriei ateak irekiz.

Testuinguru genetikoaz gain, DNA fisika eta nanoteknologia arloekin guztiz loturik dagoen molekula ere bada. Rosalind Franklin kristalografoaren 1952ko X izpien difrakzio bidezko DNAren lehen irudiek, molekula honen ezaugarri boteretsua azaldu zuten: Watson-Crick base-parekatzea, alegia. DNA nukleotidoz osaturiko polimeroa da eta base-parekatze arauari esker osagarriak diren bi kate (adibidez, ATTA eta TAAT) batzen dira eta helize bikoitza sortu.

LEGO jokoan bezala, osagarriak diren piezekin egitura konplexuak eraiki daitezke. DNArekin ere. Azken hamarkadan, DNAren berezitasun honek «arkitektura molekularrari» ateak ireki dizkio, eta nanoteknologiaren munduan erreminta paregabea bihurtu da materiaren antolakuntza espaziala kontrolatzeko. Giza ile baten diametroa baino ehun mila aldiz txikiagoa da nanometroa. Tamaina honetan bereizmen atomikoko nano-materialak goitik-behera (top-down) sortzea oso zaila da, eta normalean tresna oso garestiak behar dira. LEGO piezak balira bezala, DNAren molekulen auto-antolaketa gaitasunari esker, base-sekuentzia batean programatu dezakegu 3D-ko edozein egitura eta hau behetik gora (bottom-up) eraiki. DNAren bidezko nanoegituren eraikuntza molekularrari DNA nanoteknologia deritzo.

2. irudia: DNA Origamia: DNA kate luze bat (aldamioa) eta osagarriak kate txikiagoak (grapak) batzen dira. Berotze- eta epeltze-prozesu kontrolatu baten on- doren, aldez aurretik diseinaturiko egiturak sortzen dira. Eskuineko irudian bi di- mentsioko lehen DNA Origamia (izarra eta irribarrea [1]).

Japoniarrek Origami egitura ederrak sortzen dituzte papera tolestuz. Era berean, DNA kate luze bat bere osagarriak diren kateekin parekatzen da, DNA Origami egitura sortuz (Irudia 1). Teknika hauek jorratuz, 2D eta 3Dko egitura berriak sortu dituzte Oxfordeko Unibertsitatean. Urrezko nano-partikulak, lore itxurako Origami batekin „jantzi“ dituzte nano-loreak sortuz. Nano-loreak DNA katez egindako petaloak ditu eta base-parekatzeari esker, DNA sekuentzian kodifikaturik dago nano-loreen antolakuntza espaziala (Irudia 3). Nanopartikulen kokapena kontrolatuz, hauen ezaugarri optikoak ere alda daitezke, plasmonika arloan erabilera interesgarriak irekiz.

3. irudia: a) Nanolore baten osagaiak eta eraikuntza-prozesua DNA Origami teknika bidez. DNA aldamioak eta grapek, erdialdean hutsunea duen egitura sortzen dute. Hutsunea DNA katez “jantzia” dagoen urrezko nanopartikula batek betetzen du. Guztia nahastuz, berotu eta epelduz, nanolorea (DNA Origami+ nanopartikula egitura) auto-antolatzen da. b) Nanolorearen petaloen kokapenek, simetria desberdineko nanolore sareak sortzen dituzte.

Materiaren behetik-gorako auto-antolakuntza posible da DNA molekula itsaskor eta programagarria delako. Nanoegituren garraioa eta higidura kontrolatzea nanoteknologian beste erronka zientifiko garrantzitsua da. Naturak motore molekularrak erabiltzen ditu higidura sortzeko. Adibidez, miosina gure gihar-zeluletan dagoen motore molekularra da eta aktinarekin batera gihar-uzkurdura eragiten du ATP molekulak erregai bezala erabilita. Horrela, gaur gosaldu duzun sagarra motore molekularrei esker web orri honetan klik egiteko beharrezko erregai kimikoa higiduran transformatu da. Materia aktiboa erregaia kontsumituz orekatik kanpo mantentzen diren material mugikorrak dira.

4. irudia: a) Janus partikulak katalitikoki aktiboak dira esferaerdi batean soilik. Urrezko nanopartikula platinozko gainazal katalitikoa du. Erregai kimikoan murgiltzean (hidrogeno peroxidoa kasu honetan) zuziriak bezala higitzen dira b) Monolito itxurako DNA Origamia partikula katalitikoei lotua.

Posible da konplexutasun antzeko egitura higikorrak laborategian sintetizatzea? DNA nano eraikuntza materiala izateaz gain, ingurune aktibo eta dinamikoak sortzeko erabili daiteke. EKAIA artikulu honetan, Ibon Santiagok DNA Origami egiturak nanopartikula katalitikoekin lotuz, nano-zuziriak bezalako egiturak aurkezten ditu (Irudia 3). Erregai kimikoak kontsumituz, difusioa baino azkarragoak diren higidura sortzen duten egiturak azaltzen ditu, bai DNA Origami teknikarekin baita DNAz osaturiko uhin kimikoekin. Lan honetako emaitzek lehenengo aldiz lotzen dituzte DNAren nanoteknologiaren erremintak eta materiak aktiboaren fisika, mugitzeko gai diren nano-egituren auto-antolaketa ikertuz.

Artikuluaren fitxa:
  • Aldizkaria: Ekaia
  • Zenbakia: Ekaia 35
  • Artikuluaren izena: DNAren nanoteknologia eta materia aktiboaren auto-antolakuntza.
  • Laburpena: DNA material bikaina da nano-egiturak eraikitzeko. Garrantzi genetikoaz gaindi, azido nukleikoak nano-teknologiarako eraikuntza material programagarriak dira. «DNA Origami» eta «DNA bricks» (adreiluak) DNA nano-teknologiaren bidez sorturiko adibide nagusiak dira. DNA molekula itsaskorra ere bada, eta base-parekatzeari esker nano-partikulen arteko interakzioa kontrola daiteke, adibidez «DNA nano-loreak» sortuz. Lan honek DNA nano-teknologiaren teknika desberdinak aurkeztu eta materia aktiboarekin lotzen ditu. Materia aktiboa erregaia kontsumituz orekatik kanpo mantentzen diren material mugikorrak dira. Hemen, DNA bidez auto-antolatutako nano-egiturak aurkezten ditugu, nano-motor katalitikoen laguntzarekin higitzen direnak. Ikerketa hau nano-eskalako garraio kontrolatua lortzeko aurrerapausoa da.
  • Egileak: Ibon Santiago.
  • Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua.
  • ISSN: 0214-9001
  • Orrialdeak: 9-19
  • DOI: 10.1387/ekaia.19679

————————————————–
Egileez:

Ibon Santiago Erresuma Batuko Oxford Universityko Department of Physicsen dabil.

———————————————–
Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.

Eman iritzia

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>