Origami biológico: jugando con el ADN… ¡y también ARN!

No recuerdo quién me pidió en algún momento que hablase de las estructuras de origami construidas con ADN, pero en cualquier caso, hoy toca ese tema que estaba en mi lista. El origami es eso que en castellano llamábamos papiroflexia. Y en lugar de hacer barquitos o pajaritas con la servilleta del bar, hoy vamos a hablar de estructuras más complejas hechas con material biológico. Concretamente, vamos a hablar de origami con ácido nucleico. Primero os contaré cómo funciona con ADN y después algo un poco más moderno: el origami con ARN. También hablaré del futuro y, por supuesto, de para qué sirve todo esto además de para entretenernos haciendo figuritas.

La idea original

Intentamos buscar utilidad a los pares de bases en el ADN desde el día que descubrimos cómo se forman los pares de bases. No tuvo que pasar demasiado tiempo hasta que la idea del origami surgiese en una cabeza, y eso ocurrió en los años 80. Como cabría esperar, surgió en la cabeza de un cristalógrafo que se especializaba en ADN. Fue en la cabeza de Ned Seeman, que ahora es conocido como uno de los padres de la nanobiotecnología. Como muchos cristalógrafos, y me meto en esa lista, tenía una obsesión con los patrones y con los dibujos de Escher y creía que con estructuras biológicas se podrían hacer cosas muy interesantes.

Aunque de su cabeza surgió la idea, no la llevó a cabo. Quedó ahí, él siguió (y bien que hizo) otros caminos en la nanotecnología con ADN, y el origami tuvo que esperar unos años. Fue en 2006 cuando Paul Rothemund encontró la forma de programar su origami de ADN. La idea era similar a lo que ahora hacemos con las impresoras 3D, pero con ADN. Y sonaba imposible.

Cuando Nature te sonríe

En marzo de aquel año 2006, Nature publicaba un número muy interesante. Se hablaba de la gripe aviar que seguía dando coletazos, también de que los dinosaurios tenían plumas, o de la resistencia a antibióticos. Se comentaba que se había acabado de secuenciar el cromosoma 12 humano, y que deberíamos prestar más atención a los técnicos de laboratorio. En medio, se hablaba de ADN. Pero no iba a pasar desapercibido, porque la portada de ese número tenía un smiley de ADN. Por primera vez se generaban estructuras con ADN, origami con ADN, y qué mejor forma de representarlo que con una gran sonrisa. En el artículo podemos ver estrellas y otras figuras, y ya hemos dibujado hasta la Mona Lisa.

Para generar estas estructuras, lo que diseñó Paul Rothemund en CalTech fue un sistema de grapas. Básicamente, el origami se monta con una secuencia de ADN, una única cadena larga, generalmente de ADN del bacteriófago M13. Después, para darle forma, se busca en qué puntos se tiene que plegar, y se diseñan pequeñas «grapas» de ADN que lo mantengan en la posición adecuada. Para tener nuestro origami solo es necesario calentar el ADN y dejarlo enfriar despacio, ya que eso hará que se pliegue con la menor energía posible, que es para lo que se ha diseñado.

Portada del Nature

Del ADN al ARN… ¿y las proteínas?

Aunque el origami con ADN había quedado muy bien, se puede ir un poco más allá. En 2014, un 15 de agosto, Science era esta vez la encargada de publicar los resultados. Ya teníamos a más gente implicada en el artículo, y quedó mucho más cubierto por un montón de artículos sobre paternidad (que era el tema del número) e incluso por el debate sobre cómo tratar los casos de ébola que empezaban a ser demasiado abundantes.

Con el ARN la cosa es más compleja, pero también es más versátil. En lugar de utilizar grapas se utilizan enzimas que pliegan el ARN de una forma concreta. Y es que el ARN nos permite muchas más formas: horquillas, lazos, nudos, pseudonudos… Esto ya no queda tan plano como el origami con ADN. De estructuras que eran 2D, ahora sí tenemos 3D.

¿Y las proteínas? Pues hay muchos que consideran que allá vamos, y que el siguiente paso será el origami con proteínas. Lamentablemente, aunque se han hecho muchos progresos, todavía nos cuesta mucho predecir a ciegas cómo se va a plegar una proteína. Pero seguiremos informando.

¿Y esto para qué vale?

Ya sabemos que el origami con ADN vale para hacer dibujitos. Además, hemos ido aprendiendo a hacer estructuras a base de juntar planos, lo que nos ha permitido hacer cajas. Cajas de ADN, o cápsulas de ADN. ¿Para qué? Si estáis leyendo las noticias recientemente, ya sabéis que la moda es encapsular todo, y si la cápsula es de ADN, eso nos va a permitir más control.

Las estructuras origami construidas con ADN nos permiten, por ejemplo, llevar un medicamento a un lugar concreto y que solo se libere cuando se ha encontrado con la proteína que tenía que encontrarse. Porque la cápsula no se abrirá para liberar el medicamento hasta que se encuentre con esa proteína y se reconozcan mutuamente. ¿Qué esto parece ciencia ficción? Pues podemos ir más allá: podemos hablar de estructuras de ADN origami que sirven para generar trampas de virus, ya que una vez que encuentran un virus, no lo dejan salir. Esta investigación se ha publicado hace cosa de un mes en Nature Materials. Seguro que en el futuro nuevas ideas nos sorprenderán todavía más.

Conclusiones

El origami con ADN es una técnica que nos permite construir estructuras a base de generar capas de ADN que se unen entre ellas y se pliegan con grapas, que son pequeños fragmentos de ADN. Algo similar se puede hacer con ARN, aunque es necesario usar proteínas para plegarlo, pero nos permite obtener estructuras más complejas. Las de ADN no son algo teórico, ya que cada vez más grupos intentan encontrar aplicaciones para ellas, ya que son versátiles y muy específicas. Quizá en unos años, compremos cápsulas de ADN en las farmacias.

Desde luego, es alucinante lo mucho que avanzamos en muy pocos años. Yo os seguiré contando avances, y siempre podéis sugerirme temas en los comentarios o contactando directamente conmigo. Si no os queréis perder nada y de paso me queréis apoyar, os podéis suscribir a mi newsletter. También podéis optar por otras formas, como invitarme a un café:

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