Científicos logran construir superestructuras de ADN con ensamblaje modular como un LEGO biológico
Investigadores han desarrollado un sistema modular de ADN capaz de ensamblar y desmontar superestructuras con precisión nanométrica. Este avance podría revolucionar la nanotecnología, la medicina y la bioingeniería.
Fuente: Midjourney + Canva
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
9.03.2025
La ciencia avanza a pasos agigantados en la manipulación del ADN, y un grupo de investigadores ha dado un paso crucial en el desarrollo de estructuras autoensamblables con precisión nanométrica. Este avance tiene implicaciones tanto en nanotecnología como en áreas como la biomedicina y la síntesis de materiales.
Un reciente estudio publicado en Nature Communications presenta una nueva estrategia para construir superestructuras de ADN mediante un ensamblaje modular, similar a la forma en que se arman los bloques de LEGO. Este método permite generar más de 50.000 configuraciones diferentes a bajo costo y con un nivel de control sin precedentes sobre la forma y el tamaño de las estructuras resultantes.
¿Cómo se construyen las estructuras de ADN?
El origami de ADN es una técnica que permite plegar una hebra larga de ADN con la ayuda de hebras más cortas, llamadas “grapas”. Estas grapas se adhieren a la secuencia principal en puntos estratégicos, permitiendo que la estructura final adopte formas predefinidas. Desde su invención, este método ha permitido crear nanopartículas, sensores moleculares y hasta pequeños robots que pueden realizar tareas específicas a nivel molecular.
Sin embargo, la construcción de grandes estructuras tridimensionales sigue siendo un desafío. Tradicionalmente, los científicos han intentado ensamblar varias unidades de origami de ADN mediante métodos jerárquicos, pero estos suelen ser costosos, ineficientes y difíciles de escalar.
Es posible entablar "bloques" de ADN. Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.
La modularidad del moDON
Para solucionar este problema, los investigadores desarrollaron moDON, un sistema que permite ensamblar estructuras más grandes sin la necesidad de múltiples pasos intermedios. Esta tecnología introduce dos estrategias de conexión:Conexiones en el plano XY, donde los módulos de ADN encajan entre sí mediante formas complementarias, como piezas de un rompecabezas.
Conexiones en el plano Z, que emplean un sistema de tres hebras de ADN para unir diferentes capas con estabilidad y rigidez.
Lo más innovador de este enfoque es que todas las conexiones son totalmente direccionales y controlables, lo que permite fabricar estructuras tridimensionales complejas sin perder precisión en los detalles.
El resultado es una nueva forma de ensamblaje que reduce drásticamente los costos y aumenta la versatilidad del diseño. Además, gracias a la modularidad del sistema, es posible construir y modificar estructuras con facilidad, sin necesidad de diseñarlas desde cero.
Estructura modular del moDON: El ensamblaje se logra con conexiones ortogonales en los ejes XY y Z, garantizando estabilidad y flexibilidad mediante sitios de unión complementarios y un sistema de tres hebras de ADN. Fuente: Nature Communications
Ensamblaje y desmontaje a demanda
Uno de los avances más significativos del moDON es su capacidad de ensamblarse y desmontarse de manera controlada. Para lograr esto, los científicos diseñaron un mecanismo en el que las conexiones en el plano Z pueden romperse mediante la adición de hebras específicas de ADN.
Además, las conexiones en el plano XY pueden disolverse reduciendo la concentración de iones de magnesio, un proceso que no requiere el uso de productos químicos agresivos. Este nivel de control permite diseñar sistemas dinámicos que cambian de forma o liberan compuestos en respuesta a estímulos específicos.
Este hallazgo podría ser clave para el desarrollo de dispositivos nanotecnológicos reconfigurables, capaces de transformarse según las necesidades de su entorno.
Construcción de superestructuras en el eje Z: Los monómeros moDON se ensamblan mediante una hebra conectora complementaria a las asas de ssDNA. La dirección de unión está determinada por la polaridad de las asas, permitiendo la formación de estructuras simétricas de distintos tamaños. Fuente: Nature CommunicationsAplicaciones en medicina y tecnología
La capacidad de construir estructuras de ADN con precisión molecular tiene enormes implicaciones en diversos campos:
- Nanomedicina: Se podrían desarrollar nanorobots que transporten fármacos directamente a células afectadas, reduciendo los efectos secundarios de los tratamientos convencionales.
- Biosensores avanzados: Las estructuras modulares podrían diseñarse para detectar moléculas específicas, facilitando el diagnóstico temprano de enfermedades.
- Materiales inteligentes: La nanotecnología basada en ADN permitiría fabricar superficies dinámicas, capaces de cambiar sus propiedades en respuesta a distintos estímulos.
A largo plazo, esta tecnología podría facilitar la creación de estructuras biomiméticas que repliquen las funciones de componentes celulares naturales, como el citoesqueleto.
Eugenio M. Fernández Aguilar
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Referencias
Johann M. Weck & Amelie Heuer-Jungemann. Fully addressable designer superstructures assembled from one single modular DNA origami. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-56846-2.
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