Una molecola robot programmabile con sequenze stile DNA

Un gruppo di ricercatori è riuscito a costruire un “robot” molecolare costituito da sequenze di DNA che è stato in grado di mettersi in movimento, spostarsi, girarsi, raggiungere una meta e fermarsi in modo programmato e autonomo.

Questo risultato potrebbe portare, sia pure in una prospettiva ancora molto lontana, a sistemi molecolari che potrebbero essere utilizzati a fini terapeutici, ossia a robot nanometrici riconfigurabili capaci di riconoscere l’ambiente, per esempio marcatori patologici, prendere una decisione (neutralizzare la cellula che porta quel marcatore) e quindi attuarla (“consegnandole” un farmaco citotossico).

Per ottenere il loro risultato – illustrato in un articolo pubblicato su Nature – i ricercatori hanno dovuto affrontare un problema apparentemente insormontabile.

“Nella robotica normale, il robot stesso contiene la conoscenza relativa ai comandi, ma con singole molecole non possiamo immagazzinare quella quantità di informazione: così l’idea è stata quella di immagazzinare l’informazione sui comandi all’esterno”, spiega Nils G. Walter, dell’Università del Michigan ad Ann Arbor. Ossia, come ha aggiunto Milan N. Stojanovic della Columbia University, “impregnando l’ambiente della molecola con indizi informativi”.

“Siamo stati in grado di creare questo ambiente ‘programmato’ usando un origami a DNA” spiega Hao Yan, della Arizona State University. Un origami a DNA è un tipo di struttura autoassemblata costituita di DNA che può essere programmata per formare strutture di tipo e forma pressoché illimitato. Sfruttando le proprietà di riconoscimento della sequenza e accoppiamento delle basi della “molecola della vita”, gli origami a DNA sono creati da un singolo lungo filamento di DNA e da una miscela di corti filamenti di DNA sintetico che legano e “graffano” il filamento lungo in modo da fargli assumere la forma voluta. L’origami usato nello studio pubblicato su Natureera costituito da un rettangolo di centro nanometri di lato per uno spessore di due nanometri.

Il robot molecolare usato dai ricercatori – soprannominato “Spider” – era stato inventato già alcuni anni fa da Stojanovic, che all’epoca era riuscito a fargli compiere una “passeggiata” su una superficie, ma del tutto casuale e non programmata.

“Spider” è invece ora stato in grado di camminare su un substrato creato con un origami a DNA per dirigersi nel punto desiderato dai ricercatori. Il robot molecolare, che ha un diametro di quattro nanometri, è dotato di tre “zampe” di DNA enzimatico, ossia il DNA che cuce e taglia una particolare sequenza di DNA. Il robot ha poi una quarta “zampa”, un filamento di start, che aggancia Spider al sito di partenza (un particolare oligonucleotide dell’origami a DNA). “Dopo che il robot è rilasciato dal sito di partenza da un filamento di innesco, segue la sua traccia legandosi e poi tagliando i filamenti di DNA che si estendono al di fuori dal basamento lungo la traccia”, spiega Stojanovic. In questo modo Spider è guidato lungo il tracciato desiderato dai ricercatori e alla fine “si ferma quando incontra un frammento di DNA che lo lega ma che non può tagliare”.

“Camminatori” a DNA erano già stati progettati, ma finora nessuno era stato in grado di compiere più di tre passi. “Questo può camminare per oltre 100 nanometri, circa 50 passi”, ha detto Yan.
Le Scienze – l’Espresso