Ai nastri di partenza robot in DNA
Eccoli, i nanobot: macchine costruite in DNA capaci di assemblare dispositivi meccanici ed elettronici complessi - e soprattutto molto, molto piccoli.
di Prachi Patel (TR) 19-05-10
La struttura precisa e la capacità del DNA di legarsi ad altre molecole, lo rendono interessante agli occhi dei ricercatori in veste di materiale per scaffolding nel campo della nanotecnologia. Già scienziati hanno fatto uso di Dna per creare tracce bidimensionali, oggetti tri-dimensionali e semplici dispositivi dotati della capacità di mutare forma. Ora, due diverse squadre di ricercatori sono riuscite a produrre complesse macchine programmabili facendo uso di molecole di DNA. Ricercatori della Columbia University, della Arizona State University e della Caltech hanno creato un dispositivo in grado di seguire un percorso programmato su di una superficie tracciata in DNA. Allo stesso tempo, ricercatori della New York University, sotto la guida di Ned Seeman, pioniere nel campo della nano architettura in DNA, sono riusciti a combinare più dispositivi in DNA per formare una catena di montaggio. La nanomacchina raccoglie nanoparticelle d'oro mentre rotola lungo una superficie tracciata in DNA. Le due macchine, descritte nel numero odierno di Nature, rappresentano potenzialmente un passo avanti verso la creazione di nanobot in grado di assemblare piccoli dispositivi meccanici ed elettronici. I robot in DNA potrebbero anche legare molecole secondo nuove combinazioni con il risultato di creare materiali non ancora esistenti, racconta Lloyd Smith, professore di chimica presso la University of Wisconsin-Madison. "I robot riuscirebbero a posizionare le molecole in maniera tale da generare con altre reazioni che non sarebbe possibile ottenere nel caso di una casuale collisione in soluzione," afferma. In passato, ricercatori hanno prodotto semplici macchine come tenaglie (tweezers) e strumenti motori (walkers) sempre creati in DNA. I tweezers si aprono e si chiudono alla semplice aggiunta di determinati filamenti di DNA alla soluzione. I walkers sono molecole munite di filamenti pendenti, ovvero gambe, che si legano e distaccano da altri filamenti di DNA tracciati su di una superficie con il risultato di ottenere una vera e propria camminata lungo il percorso programmato. I nano walker creati alla Columbia University sono composti da una molecola di proteina decorata da tre gambe - DNA catalitico (deoxyribozyme o DNAzyme) a filamento unico -- molecole di DNA sintetico che agiscono come enzimi e catalizzano una reazione. Le gambe si legano a filamenti di DNA complementari sulla superficie. Catalizzano quindi una reazione che accorcia uno dei filamenti della superficie di modo da indebolire il legame con la gamba. La gamba si libera e procede al filamento successivo lungo la superficie. La macchina deambulante segue una precisa traccia di filamenti posizionati sulla superficie dai ricercatori. Arriva a compiere 50 passi - contro ai 2 o 3 di precedenti versioni. Si ferma nel momento in cui incontra una sequenza che non può essere accorciata. "Siamo riusciti a dimostrare come il suo comportamento venga controllato dalla conformazione del paesaggio," racconta Milan Stojanovic, ingegnere biomedico alla Columbia University sviluppatore del deambulatore. "Ci permette di immaginare la possibilità di introdurre complessità anche maggiori: più molecole che interagiscano, e comandi più complessi lungo la superficie. Quello che speriamo eventualmente di riuscire a fare è usare i nanobot per riparare tessuti." Seeman e colleghi alla New York University assemblano 3 differenti componenti di DNA per creare una catena di montaggio. Hanno un percorso in DNA, un deambulatore ed una macchina che può consegnare o trattenere un carico composto da una molecola d'oro. La macchina è una struttura in DNA che può essere programmata a depositare un filamento caricato di una nanoparticella d'oro sia lungo il percorso del deambulatore sia lontano da esso. La macchina è dotata di 4 gambe e 3 mani in filamento singolo di DNA capaci di legare con l'oro. I ricercatori hanno dimostrato il funzionamento di un sistema dove il camminatore passa a lato di tre macchine, ciascuna recante una particella d'oro di tipo differente. Ciascuna macchina può essere programmata sia per trattenere che per depositare il proprio carico, con il risultato di poter caricare il camminatore in 8 diverse maniere ed ottenere 8 diversi prodotti. Questi progressi rappresentano un ininterrotto successo nella creazione di nano dispositivi dotati di funzioni sempre più complesse. "Stiamo progredendo da entità individuali capaci di compiere azioni interessanti a sistemi di entità all'opera secondo comportamenti e funzioni più complesse," afferma Smith.