Unos científicos de Harvard han convertido un chip de silicio en una máquina para escribir ADN

El ADN sintético es la base de gran parte de la medicina y la ciencia modernas: diagnósticos, ingeniería genómica, investigación del cáncer, y todo ello depende de la capacidad de fabricar secuencias de ADN personalizadas bajo pedido.

Los científicos llevan tiempo interesados en la síntesis enzimática de ADN como alternativa. Este método, que utiliza agua, funciona de forma similar a como las células vivas sintetizan ADN de forma natural, pero los intentos anteriores solo habían logrado producir alrededor de una docena de secuencias a la vez.

Sin embargo, un nuevo estudio dirigido por un equipo de investigación de Harvard ha elevado esa cifra a 64, cada una de hasta 39 nucleótidos de longitud, utilizando un chip de silicio y corrientes eléctricas cuidadosamente controladas.

Un chip que comenzó su existencia estudiando las neuronas

Lo curioso de este chip es que no fue diseñado para el ADN en absoluto; originalmente fue creado por Jeffrey Abbott, un antiguo estudiante de doctorado en el laboratorio de Donhee Ham en la Facultad de Ingeniería de Harvard, para registrar la actividad eléctrica dentro de grandes poblaciones de células cerebrales. Tras rediseñar los electrodos de superficie, el equipo se dio cuenta de que el mismo control preciso de la corriente podía redirigirse de las neuronas a las moléculas.

"En cierto momento, nos preguntamos si ese mismo control de corriente podría redirigirse de las células a las moléculas, reemplazando los electrodos que dan a las neuronas con pares de electrodos anulares que pudieran localizar el pH para la síntesis de ADN", dijo Ham. "Y funcionó".

La superficie del chip cuenta con 64 sitios de síntesis, cada uno con dos electrodos anulares concéntricos que rodean moléculas de ADN ancladas. Al activarse un sitio, el electrodo interno genera protones que disminuyen el pH local y activan la unión del siguiente componente básico.

El electrodo externo absorbe los protones que se dispersan, manteniendo la reacción confinada a ese punto específico. Al repetir el proceso en múltiples ciclos, se generan 64 secuencias únicas de forma independiente.

Donde la química se convierte en el cuello de botella

El equipo también intentó acercar los sitios para aumentar la escala, y aunque el chip logró controlar el pH con precisión, la química les falló. El paso de desprotección, que elimina un grupo protector entre cada ronda de síntesis, genera moléculas intermedias que pueden desplazarse a sitios vecinos y provocar reacciones no deseadas, lo que limita la distancia mínima entre los sitios.

"El chip hizo lo que le pedimos: localizó el pH bajo en puntos específicos", declaró Han Sae Jung, coautor principal del estudio. "La limitación provino de la química de desprotección, no del silicio".

Los investigadores también utilizaron sus 64 secuencias para codificar un texto de 169 bytes como prueba de concepto para el almacenamiento de datos en ADN, lo cual sigue siendo un objetivo a largo plazo debido a que el ADN es extraordinariamente compacto y duradero como medio de almacenamiento.

Otro coautor del estudio, Woo-Bin Jung, afirmó que si la síntesis paralela pudiera ampliarse a más de 64 secuencias, la síntesis enzimática en agua "podría ofrecer una vía respetuosa con el medioambiente para escribir ADN a gran escala".

Sin embargo, antes de que eso sea posible, la nueva química tendrá que estar a la altura del chip, afirmó.