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| La imagen digital original (en profundidad de color estándar de 24 bits). C: cblee, Trey Ratcliff, stewartbaird y NOAA Ocean Exploration & Research. |
Científicos de la Universidad de Viena han encontrado una forma de "pintar" con ADN y reproducir con precisión cualquier imagen digital en una superficie 2D en miniatura con 24 bits de profundidad de color. Los científicos han creado con éxito dúplex fluorescentes que pueden generar 16 millones de colores cualesquiera. Con ello, superan la anterior limitación de 256 colores.
Las dos moléculas de ADN que componen la doble hélice de ADN tienen secuencias complementarias. En el laboratorio, la estabilidad del dúplex (de ADN) puede ajustarse modificando la cantidad y la colocación de las secuencias complementarias defectuosas. El dúplex es visible gracias a marcadores fluorescentes unidos a una de las hebras de ADN complementarias, y la intensidad de la fluorescencia aumenta a medida que aumenta la estabilidad del dúplex.
El proceso bioquímico de lectura y duplicación de genes se basa en la capacidad única de las secuencias complementarias de ADN para identificarse y ensamblarse como dúplex. Dado que los principios que rigen la formación de dúplex, también conocidos como hibridación, son sencillos e inmutables, también pueden predecirse y programarse. La programación de la hibridación del ADN hace posible la construcción de nanoestructuras a gran escala y el ensamblaje de genes sintéticos. En este proceso siempre es necesaria una perfecta complementariedad de secuencias.
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| Resumen gráfico. Crédito: Journal of the American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c06500 |
La inestabilidad programada tiene aplicaciones en terapias de ADN y ARN, ya que aumenta drásticamente la capacidad de modificar la estructura molecular.
En este estudio, los científicos demostraron que la hibridación controlada puede crear 16 millones de colores y reproducir con precisión cualquier imagen digital en formato de ADN.
Una larga cadena complementaria de ADN en la superficie se hibrida con varias cadenas cortas de ADN conectadas a moléculas fluorescentes (marcadores) que producen color rojo, verde o azul para crear el color. La estabilidad del dúplex se reduce eliminando cuidadosamente nucleótidos de la cadena de ADN en puntos específicos de la secuencia para cambiar la intensidad de cada color. Mediante la reducción de la estabilidad se produce un tono más oscuro; cuando se ajusta esta estabilidad, se crean 256 tonos para cada canal de color. Un único dúplex de ADN permite mezclar y combinar todos los colores, produciendo 16 millones de combinaciones posibles y ajustándose a la complejidad cromática de las imágenes digitales contemporáneas.
Para lograr este nivel de precisión en la conversión de ADN a color, hubo que sintetizar más de 45.000 secuencias únicas de ADN.
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| (Izquierda) La imagen digital original (en profundidad de color estándar de 24 bits). (Derecha) La imagen "fotocopiada" en formato ADN por los autores. Créditos: cblee, Trey Ratcliff, stewartbaird y NOAA Ocean Exploration & Research Right, Tadija Kekic y Jory Lietard. |
Para ello, el equipo de investigación utilizó un método de síntesis paralela de ADN denominado síntesis de matriz sin máscara (MAS). Con MAS, se pueden sintetizar cientos de miles de secuencias únicas de ADN simultáneamente y en la misma superficie, un rectángulo en miniatura del tamaño de una uña. Como el método permite al experimentador controlar la ubicación de cualquier secuencia de ADN en esa superficie, también se puede asignar selectivamente el color correspondiente a una zona elegida.
Los autores podrían transformar cualquier imagen digital en una fotocopia de ADN con una reproducción exacta del color automatizando el proceso mediante guiones informáticos específicos.
Jory Lietard, IP del Instituto de Química Inorgánica, dijo: "Esencialmente, nuestra superficie de síntesis se convierte en un lienzo para pintar con moléculas de ADN a escala micrométrica."
Tadija Kekić, candidato a doctor en el grupo de Jory Lietard, dijo: "La resolución se limita actualmente a XGA, pero el proceso de reproducción se aplica a 1080p, así como potencialmente a la resolución de imagen 4K. Más allá de la imagen, un código de color del ADN podría tener aplicaciones beneficiosas en el almacenamiento de datos en el ADN."
Fuentes, créditos y referencias:
Universidad de Vienna - Tadija Kekić et al, A Canvas of Spatially Arranged DNA Strands that Can Produce 24-bit Color Depth, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c06500
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