Origami di DNA: costruire con le molecole

Sicuramente avrete giocato da piccoli con i blocchi da costruzione o con le lego: ogni pezzo si incastra perfettamente con il suo complementare e con la giusta tecnica è possibile costruire strutture anche complesse. Conoscerete anche gli origami, l’arte di piegare la carta per ottenere forme di una bellezza e complessità assolutamente straordinarie. Esiste nel mondo molecolare qualcosa di simile?

Sembra proprio di sì: anche gli scienziati possono dare sfogo alla loro fantasia e al loro lato più “artistico”, ma come materiale da costruzione non usano né la carta né tanto meno le lego, ma qualcosa di molto più piccolo…le molecole di DNA!

Quello che già sappiamo sul DNA…

Il DNA lo conosciamo tutti, è la molecola dell’ereditarietà, che custodisce le istruzioni genetiche per plasmare l’organismo e le trasmette alla progenie. Un incarico così straordinario può essere affidato solo a una molecola altrettanto straordinaria e il DNA non è certo un “tipo” qualunque. E’ costituito da due filamenti, le cui basi azotate sono tra loro complementari; durante la replicazione, ciascun filamento funge da stampo per la sintesi dell’altro, ricostituendo la coppia “originale” e assicurando una trasmissione fedele dell’informazione, con un tasso di errore molto basso (circa 1 errore ogni 107 nucleotidi inseriti).

…e quello che stiamo scoprendo!

La complementarietà tra le basi azotate, la sua versatilità e facilità di manipolazione, la biocompatibilità e la possibilità di produrne grandi quantità, sono tutte caratteristiche che rendono il DNA un candidato perfetto per “costruire”. Ma costruire cosa?

Si chiamano origami di DNA e sono prodotti dal ripiegamento del DNA su scala nanoscopica (un nanometro sono 10-9  metri), generando strutture bi- o tridimensionali, con una varietà di applicazioni (a parte realizzare stelline, triangoli e smileys come quelli in figura).

Fig.1 Origami di DNA (Rothmund, 2006)

Un mondo di nano-macchine

Le singole forme di DNA possono essere indotte ad autoassemblarsi, costruendo vere e proprie “nano-macchine”, che come quelle macroscopiche sbrigano i loro compiti in maniera automatizzata, solo su scala molto più piccola! Possono costituire delle impalcature o “nano-gabbie” per veicolare i farmaci in un preciso distretto dell’organismo ed essere progettate per aprirsi e rilasciare il loro contenuto solo se esposte ad un determinato stimolo, come una variazione di pH o l’interazione con un ligando specifico. Possono anche funzionare come biosensori che intercettano la presenza di una certa molecola nell’organismo, partecipando alla diagnosi precoce di malattie e alla ricerca di bio-marker ancora sconosciuti.

Insomma, grazie agli origami di DNA stiamo entrando in un mondo di nano-macchine che viaggiano lungo nano-piste, trasportando farmaci attraverso il complicato labirinto di cellule, tessuti e organi che è il corpo umano; di nano-robot che col loro braccio meccanico, anziché pacchi o scatoloni, spostano molecole; di minuscoli smileys che ci sorridono attraverso la lente di un microscopio. Grazie ai progressi della ricerca siamo sempre più vicini ad esplorare le immense potenzialità di questo mondo nanoscopico.

Fonti:

  • Rothmund, P. W. K., (2006). Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature volume440pages297–302
  • Nature – Dna nanomachines
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