En la Universidad canadiense de Montreal un equipo interdisciplinar de investigadores ha logrado recrear con éxito (y validarlos matemáticamente) dos lenguajes moleculares que allanan el camino para desarrollar nanotecnologías con aplicaciones diversas, entre ellas la biodetección, la administración de fármacos e imágenes moleculares.
En Journal of the American Chemical Society aparece el estudio en el que sus autores han diseñado un interruptor basado en “ADN altamente programable, que puede activarse mediante un dispositivo de ácido desorribonucléico multivalente o alostérico. Al diseñar con precisión la interfaz de unión de la actividad multivalente, mostramos que la afinidad, el rango dinámico y la vida media activada del interruptor se puede programar con aún más versatilidad que cuando se usa un alostérico”.
El profesor Alexis Vallée-Bélisle, director del estudio, recuerda que los organismos vivos se forman por miles de millones de nanomáquinas y nanoestructuras que se comunican entre sí para, entre otras cosas, crear entidades de orden superior capaces de moverse, pensar, sobrevivir y reproducirse.
“La clave para el surgimiento de la vida -explica- se basa en el desarrollo de lenguajes moleculares, también llamados mecanismos de señalización, que aseguran que todas las moléculas en los organismos vivos trabajen juntas para lograr tareas específicas”.
«En las levaduras, por ejemplo, al detectar y unir una feromona de apareamiento, miles de millones de moléculas se comunicarán y coordinarán sus actividades para iniciar la unión», puntualiza el profesor Vallée-Bélisle, reconocido experto en bioingeniería, que trabaja en el Laboratorio de Biosensores y Nanomáquinas de la Universidad de Montreal.
A medida que se avanza en la era de la nanotecnología, muchos científicos creen que la clave para diseñar y programar nanosistemas artificiales más complejos y útiles se basa en nuestra capacidad para comprender y emplear mejor los lenguajes moleculares desarrollados por organismos vivos, como señala este investigador.
Lenguajes moleculares
Un lenguaje molecular muy conocido para los expertos es la alostería. El mecanismo de este lenguaje es llave y candado: una molécula se une y modifica la estructura de otra, indicándola para desencadenar o inhibir una actividad.
Otro lenguaje menos conocido es la multivalencia o efecto quelato. Funciona como un rompecabezas: cuando una molécula se une a otra, facilita (o no) la unión de una tercera molécula, simplemente aumentando su interfaz de unión.
Aunque estos dos lenguajes se observan en todos los sistemas moleculares de los organismos vivos, no ha sido hasta ahora cuando los científicos han comenzado a comprender sus reglas y principios y, por tanto, utilizan estos lenguajes para diseñar y programar nuevas nanotecnologías artificiales.
“Dada la complejidad de los nanosistemas naturales, hasta ahora nadie podía comparar las reglas básicas, las ventajas o las limitaciones de estos dos lenguajes en el mismo sistema”, hace hincapié el profesor Vallée-Bélisle.
Para ello, Dominic Lauzon, primer autor del estudio, tuvo la idea de crear un sistema molecular basado en el ADN que pudiera funcionar utilizando ambos idiomas. “El ADN es como piezas de Lego para los nanoingenieros. Es una molécula notable que ofrece una química simple, programable y fácil de usar», subraya.
En este trabajo, encontraron que ecuaciones matemáticas simples podrían describir bien ambos lenguajes, lo que desentrañó los parámetros y las reglas de diseño para programar la comunicación entre moléculas dentro de un nanosistema.
Por ejemplo, mientras que el lenguaje multivalente permitía controlar tanto la sensibilidad como la cooperatividad de la activación o desactivación de las moléculas, la traducción alostérica correspondiente sólo permitía controlar la sensibilidad de la respuesta.
Con esta nueva comprensión del tema, los investigadores utilizaron el lenguaje de la multivalencia para diseñar un sensor programable que permite la detección de anticuerpos en diferentes rangos de concentración.
