¿Y si unificamos la biotecnología y la nanotecnología?

La biología sintética es una nueva rama de la biología que se encarga de diseñar componentes biológicos a escala molecular y celular que no existen en la naturaleza a través del uso de tecnologías, como la proteína crispr cas9, por medio de la modificación genética obteniendo así ADN recombinante. El dna recombinante se obtiene gracias a que los biólogos comprenden bien el sistema biológico de los 2 o más organismos de los cuales es obtenido. [2] El diseño del dna recombinante se basa en la plasticidad que tiene la biología de rediseñarse y cambiarse. Una herramienta conocida en biología sintética es el biobrick, el cual se asemeja a un circuito eléctrico, pero compuesto por piezas biológicas, logrando así facilitar el intercambio de genes entre individuos. [1]

Por otro lado, se ha comprobado que existe nanotecnología en las moléculas más importantes de la vida como el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). La nanotecnología por lo tanto puede ser capaz de conseguir controlar circuitos biológicos con el diseño de RNA usando una caja de herramientas de nanotecnología apoyándose del sistema de ingeniería genética CRISPR cas, CRISPR cas es el uso de una proteína que tiene la funcionalidad de recordar y cortar secuencias de adn específicas. [3] El potencial de esta metodología es el poder lograr controlar procesos moleculares llevados a cabo por estas moléculas como la transcripción y expresión de genes. Estructuras nanométricas de RNA han sido usadas también para generar materiales biomoleculares con aplicaciones en el desarrollo de fármacos. Es importante destacar que se puede lograr obtener patrones de secuenciación gracias a esta tecnología que se basa en el autoensamblaje molecular, lo cual puede tener buenas repercusiones en la medicina genética. [5]

La nanotecnología así mismo puede contribuir con la mejora del autoensamblaje de DNA y RNA, obteniendo así el nano ensamblaje. El nano ensamblaje del DNA y RNA ha sido reconocido como el método más eficaz de bottom-up de la nanotecnología, debido a la gran habilidad que tienen estas complejas moléculas de auto organizarse a sí mismas. En este autoensamblaje las biomoléculas pueden recoger, colocar, cortar, empalmar, inhibir y catalizar fragmentos de ellas mismas, está técnica tiene grandes aplicaciones en biomedicina, debido a que el ADN logra ensamblar transistores y sensores, los cuales son altamente usados para el diagnóstico de patologías. Y es gracias a la biología sintética que se ha podido perfeccionar el nano autoensamblaje, alcanzando así desarrollar tanto organelos como células artificiales por medio del control de múltiples pasos que se logra en el nano autoensamblaje. Además, con esta tecnología también se ha podido generar RNA origami basado en el original DNA origami, el cual tiene potencial para ser usado como un dispositivo de suministro de medicamentos. [5]

Los virus, son estructuras biológicas compuestas básicamente de RNA puro, el cual es un ácido nucleico parecido al DNA, sin embargo, presenta pequeñas diferencias como el que solo es una hélice. Estas estructuras tienen la capacidad de auto-ensamblarse, y funcionan como máquinas nanométricas, que pueden programarse genéticamente, ya que al modificarles o eliminarles piezas básicas de su genoma se pueden convertir en nano andamios con estructuras controlables, y similares a las nanopartículas, pero con propiedades que las vuelven más útiles que a las últimas, por esta razón los virus pueden ser usados para crear nanowires, los cuales son dispositivos electrónicos que son fabricados con materiales magnéticos y semiconductores. La síntesis de los nanowires se logra al minimizar la energía interfacial entre dos materiales semiconductores o magnéticos. [7]

Existen otras estructuras biológicas conocidas como motores moleculares del citoesqueleto, como la miosina, la cual puede convertir la energía mecánica del ATP en trabajo productivo. Los motores moleculares se pueden editar estructuralmente gracias a la biología sintética, creando así aparatos nanotecnológicos de diversos tamaños y formas que pueden aplicarse en la computación molecular. [6]

Unir la biotecnología con la nanotecnología tiene muchos beneficios para la ciencia. Por un lado, la biología sintética tiene la habilidad de crear estructuras bien definidas a nivel nano, lo cual apoya en gran medida a la nanotecnología, porque uno de los mayores retos de la nanotecnología es el poder sintetizar nanomateriales controlando sus tamaño y formas. Entendemos que está unión no solo puede lograr mejorar procesos catalíticos y moleculares en las células, sino que además se adquieren múltiples materiales, técnicas y estructuras útiles para la biomedicina.

 

Bibliografía:

1.-Philip Ball1 Published 8 December 2004 • IOP Publishing Ltd Nanotechnology, Volume 16, Number 1

2. JongminKim1, ElisaFranco2. RNA nanotechnology in synthetic biology. Current Opinion in Biotechnology.Volume 63, June 2020, Pages 135-141https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958166919301545

3.-Ralf Jungmann, Stephan Renner & Friedrich C. Simmel (2008) From DNA nanotechnology to synthetic biology, HFSP Journal, 2:2, 99-109, DOI: 10.2976/1.2896331

4.- Alexander A. Green; Synthetic bionanotechnology: synthetic biology finds a toehold in nanotechnology. Emerg Top Life Sci 11 November 2019; 3 (5): 507–516. doi: https://doi.org/10.1042/ETLS20190100

5.- Bensaude-Vincent B. (2016) Building Multidisciplinary Research Fields: The Cases of Materials Science, Nanotechnology and Synthetic Biology. In: Merz M., Sormani P. (eds) The Local Configuration of New Research Fields. Sociology of the Sciences Yearbook, vol 29. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-22683-5_3

6.- Nicole V DelRosso, Nathan D Derr,

Exploiting molecular motors as nanomachines: the mechanisms of de novo and re-engineered cytoskeletal motors, Current Opinion in Biotechnology, Volume 46,2017,

Pages 20-26, ISSN 0958-1669,https://doi.org/10.1016/j.copbio.2016.10.011.

7.- Virus-Based Toolkit for the Directed Synthesis of Magnetic and Semiconducting Nanowires. CHUANBIN MAODANIEL J. SOLISBRIAN D. REISSSTEPHEN T. KOTTMANNROZAMOND Y. SWEENEYANDREW HAYHURSTGEORGE GEORGIOUBRENT IVERSONAND ANGELA M. BELCHER Authors Info & Affiliations

SCIENCE • 9 Jan 2004 • Vol 303, Issue 5655 • pp. 213-217 • DOI: 10.1126/science.1092740

 

Sobre el autor

María José Monteagudo Candiani: Recién egresada de Licenciatura en la Universidad Instituto Tecnológico de Estudios Superiores y Monterrey en el campus Estado de México. Participante y miembro del equipo IGEM 2020 en su campus en el cual se está realizando un biosensor de microplásticos, IGEM es un concurso a nivel internacional de biología sintética. Participante de diversos cursos como impresión 3D de organoides, nanoelectrónica, biomateriales, microscopio electrónico de barrido, SPIONS, terapia celular e ingeniería genética por parte del Instituto AMCEP y del INA. Actualmente está laborando en una investigación sobre terapia génica y fabricación de vacunas editables utilizando cloroplastos, está colaborando en la Columna Científica organizada por la mesa de Nanotecnología e Ingeniería molecular de la UDLAP y es miembro del grupo estudiantil BIOTEC dentro de los roles de publicidad e investigación de generación de energía fotosintética. Participó en el congreso INASCON 2020 donde se expusieron avances en nanotecnología. A partir de 2021 es miembro de CION del Instituto de Nanotecnología Aplicada. Ambassadors after igem 2022 miembro. Voluntaria como investigadora adjunta en Discience Ecuador.