caminante de ADN

Un caminante de ADN es una clase de nanomáquinas de ácido nucleico donde un "caminante" de ácido nucleico puede moverse a lo largo de una "pista" de ácido nucleico. El concepto de caminante de ADN fue definido y nombrado por primera vez por John H. Reif en 2003. ^{[ 1 ]} Un caminante de ADN no autónomo requiere cambios externos para cada paso, mientras que un caminante de ADN autónomo avanza sin ningún cambio externo. Se desarrollaron varios caminantes de ADN no autónomos; por ejemplo, Shin ^{[ 2 ]} controlaba el movimiento del caminante de ADN utilizando "cadenas de control" que debían agregarse manualmente en un orden específico según la secuencia de la plantilla para obtener la trayectoria de movimiento deseada. En 2004, el grupo de Reif demostró experimentalmente el primer caminante de ADN autónomo, que no requería cambios externos para cada paso. ^{[ 3 ]}

Los caminantes de ADN poseen propiedades funcionales como un rango de movimiento que abarca desde lineal hasta bidimensional y tridimensional, la capacidad de recoger y depositar carga molecular, ^{[ 4 ]} realizar síntesis dirigida por plantillas de ADN y una mayor velocidad de movimiento. Los caminantes de ADN tienen aplicaciones potenciales que van desde la nanomedicina hasta la nanorrobótica . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Se han estudiado diversas opciones de combustible, incluyendo la hibridación de ADN , la hidrólisis de ADN o ATP y la luz. ^{[ 8 ] [ 9 ]} La función del caminante de ADN es similar a la de las proteínas dineína y kinesina . ^{[ 5 ]}

Encontrar un motor a nanoescala adecuado capaz de movimiento lineal, unidireccional y autónomo se considera importante para el desarrollo de la nanotecnología del ADN . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Se ha demostrado que los caminantes son capaces de movimiento autónomo sobre 'pistas' de ADN lineales, bidimensionales y tridimensionales a través de una gran cantidad de esquemas. En julio de 2005, Bath et al. demostraron que otra forma de controlar el movimiento del caminante de ADN es usar enzimas de restricción para cortar estratégicamente la 'pista', causando el movimiento hacia adelante de los caminantes. ^{[ 10 ]} En 2010, dos grupos diferentes de investigadores exhibieron las capacidades más complejas de los caminantes para recoger y dejar selectivamente carga molecular ^{[ 11 ] [ 12 ]} y para realizar síntesis con plantilla de ADN a medida que el caminante se mueve a lo largo de la pista. ^{[ 13 ]} A finales de 2015, Yehl et al. demostró que eran posibles velocidades de movimiento tres órdenes de magnitud mayores que las observadas anteriormente cuando se utilizaban partículas esféricas recubiertas de ADN que "rodaban" sobre una superficie modificada con ARN complementario al ADN de la nanopartícula. Se utilizó RNasa H para hidrolizar el ARN, liberando el ADN unido y permitiendo que el ADN se hibridara con el ARN más adelante. ^{[ 14 ]} En 2018, Valero et al. describieron un caminante de ADN basado en dos ADN bicatenarios circulares entrelazados y concatenados (dsDNA) y una ARN polimerasa T7 (T7RNAP) modificada genéticamente firmemente unida a uno de los círculos de ADN. ^{[ 15 ]} Este anillo estator rotaba unidireccionalmente el anillo rotor entrelazado mediante transcripción circular rodante (RCT), impulsada por la hidrólisis de nucleótido trifosfato (NTP), constituyendo así un motor de rueda de ADN concatenado. El motor de la rueda produce transcripciones de ARN largas y repetitivas que permanecen unidas a la cadena de ADN y se utilizan para guiar su movimiento direccional a lo largo de pistas de ADN monocatenario predefinidas dispuestas en un nanotubo de ADN .

The applications of DNA walkers include nanomedicine,^[16] diagnostic sensing of biological samples,^[17]nanorobotics^[18] and much more.^[7] In late 2015, Yehl et al. improved the DNA walker's function by increasing its velocity, and it has been proposed as the basis for a low-cost, low-tech diagnostics machine capable of detecting single nucleotide mutations and heavy-metalcontamination in water.^[17] In 2018 Nils Walter and his team designed a DNA walker that is capable of moving at a speed of 300 nanometres per minute. This is an order of magnitude faster than the pace of other types of DNA walker.^[19]

• DNA nanotechnology
• Nanorobotics
• Nanomedicine