trabajo bioquimica (2017)

Trabajo Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 1º curso
Asignatura Fonaments de bioquímica
Profesor L.
Año del apunte 2017
Páginas 4
Fecha de subida 25/10/2017
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Trabajo sobre la aplicación del ADN

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Adolfo de Hoyos-Limón NIU: 1459425 INTRODUCCIÓN El ADN es una biomolécula presente en todos los organismos, desde los más simples hasta los más complejos. Está formado por 4 tipos de nucleótidos que se unen por parejas a través de puentes de hidrógeno.
Los nucleótidos van unidos de dos en dos, guanina con citosina y adenina con timina. Esto produce que el ADN sea una molécula muy estable y con gran capacidad de formar estructuras distintas. En la nanotecnología, los métodos para manipular al orden del nanómetro tienen un coste alto, es ese motivo por el cual el ADN es una gran solución ya que tiene la capacidad de autoorganizarse y formar diferentes estructuras tanto en dos como en tres dimensiones. Las aplicaciones de estas estructuras son casi ilimitadas, y lo que se busca es el autoensamblado de pequeños oligonucleótidos para que se organicen automáticamente sin el uso de técnicas muy costosas.
El trabajo estará centrado en la nanotecnología del ADN, algunos métodos para poder manipularla y sus futuras aplicaciones en el ámbito de la medicina y la industria.
En el ámbito de la medicina, los estudios se están basando en el desarrollo de curas poco invasivas contra el cáncer, para ello se basan en los receptores de las células cancerígenas. La nanopartícula se desplaza por el torrente sanguíneo hasta llegar a una célula infectada, estas dos se unen ya que la célula diana tiene unos receptores específicos muy afines a la nanopartícula y cuando se unen se libera el fármaco adecuado para destruir la célula o inducirla a apoptosis.
La nanotecnología del ADN también se enfoca en sintetizar y caracterizar complejos de ácidos nucleicos y caracterizar tipos de materiales que produzcan ensamblajes estáticos y en equilibrio destinados a la industria. Por ejemplo, ya se ha creado un disco duro muy eficiente elaborado con ADN.
Para ambos campos se requiere el uso de nuevas técnicas de la nanotecnología y también nuevos programas informáticos para el diseño y producción de estas moléculas inteligentes.
METODOLOGÍA En el diseño de las nanopartículas de ADN, el objetivo a seguir es que las cadenas individuales se autoensamblen, para ello se comienza diseñando la forma y el funcionamiento que necesita la nanopartícula para poder realizar su actividad. Acto seguido hay que pensar en la estructura secundaria que debiera tener, teniendo en cuenta su correcto plegamiento en estructura terciaria y por último hay que diseñar la estructura primaria, es decir, la secuencia necesaria para que esta adopte la forma que anteriormente se ha pensado para la nanopartícula. Realmente, el diseño de estas partículas es el contrario al que ocurre en la naturaleza, primero se diseña la partícula para luego centrarse en como formarla a partir de los nucleótidos.
Hay tres formas claras de ensamble del ADN, la llamada origami del ADN, en el que una cadena larga se va plegando en forma bidimensional y tridimensional ayudadas por otras pequeñas cadenas de nucleótidos que actúan a modo de pegamento entre dos zonas de la cadena larga para producir la forma necesaria, se le pueden dar gran cantidad de formas y funciones diversas.
Además del anteriormente citado, se encuentra el ensamble del ADN como azulejos. Es decir, se utiliza muchos fragmentos de pequeño tamaño que tienen una gran fuerza de interacción entre sí, lo que provoca que se creen entramados repetitivos, este método fue muy utilizado hasta el siglo XXI pero ha caído en desuso frente a las otras técnicas ya que esta limita mucho las formas.
También es muy utilizado el uso del ensamblado dinámico, en el que el ADN se autoensambla con un mecanismo parecido al que emplean las proteínas a partir de muchas reacciones químicas para acabar en un estado con menor energía libre. El diseño del ADN es mucho más sencillo que el de una proteína, pero tiene mucha menos versatilidad a la hora de formar estructuras flexibles ya que la polaridad y las cargas de los aminoácidos le confieren una gran capacidad de posibles combinaciones y cambios de conformidades dependiendo del medio.
2 APLICACIONES Ya se han fabricado nanobots principalmente de ADN que son capaces de transportar fármacos que son llevados a una célula específica, aunque ya se está consiguiendo nanobots capaces de llevar a distintas células varios fármacos, el interés de esto es porque hay algunas terapias combinadas que serían mucho más económicas y efectivas si pudiesen liberar el tratamiento según la necesidad.
El uso del ADN como base es por una razón económica y de efectividad, ya que es biodegradable y biocompatible, por lo que no sería perjudicial para el cuerpo. Las previsiones de futuro son muy buenas, aunque se haya estancado estos últimos años, el gran problema es el económico ya que estas terapias supondrían un desembolso económico grande por lo que provocaría una gran diferencia sanitaria entre ricos y pobres. El uso en humanos todavía no ha sido probado, aunque en animales está dando muy buenos resultados, de aquí a cinco años se espera que haya pacientes humanos con este tratamiento.
Los nanobots son en sí dos semicilindros unidos, cuyo interior está cargado del medicamento que se quiera suministrar, cuando el cilindro entra en contacto con la célula cancerosa, esta reacciona con él y se abre el cilindro suministrando el medicamento, pero solo cerca de las células que se desean destruir. Los nanobots están creados de material orgánico por lo que hay riesgo de que exista una respuesta inmunológica por parte del paciente, eso se puede solucionar ya que los nanobots pueden ajustarse para evitar eso. Otro uso que tiene los nanobots de ADN puede ser para microcirugías, ya se está probando para poder reparar nervios cortados puenteando los dos extremos.
En cuanto al ámbito de la industria, tiene muchas aplicaciones, se han fabricado unos nanorobots de ADN capaces de caminar. Su estructura es de una molécula con tres cadenas de ADN a su alrededor que se usan a modo de piernas. Una pierna se une a la superficie, esta cataliza una reacción que acorta la pierna y produce que se suelte de la superficie, entonces la molécula se desplaza hasta que la siguiente cadena se una a la superficie. A pesar de que todavía no es funcional, tiene unas grandes perspectivas de futuro. Actualmente la molécula puede dar hasta cincuenta pasos, la anterior molécula podía dar solo dos o tres pasos, por lo que hay avances. Poco a poco se irán añadiendo complejidades por lo que hace pensar que en un futuro esté preparada para poder reparar tejidos.
3 La mayor proyección de esta molécula es en el área de la computación, se ha creado discos duros con una altísima capacidad de retener información ya que el ADN tiene moléculas magnéticas que puede ser utilizada para almacenar información. En reciente estudios se ha llegado a crear un disco duro con una densidad de almacenamiento de 215 petabytes por cada gramo. Aunque no se prevé que en un futuro estos discos duros lleguen a los hogares, resultan muy prometedores estos números.
CONCLUSIÓN Y VALORACIÓN El uso del ADN para todas estas áreas está todavía muy limitado por la tecnología de hoy día. Aunque los resultados para el tratamiento del cáncer fuesen excelentes siempre estaría el problema económico ya que el tratamiento sería muy específico y se necesitaría un gran coste por persona que desee el tratamiento. El gran problema es la especificidad de las células cancerígenas, por lo que la nanopartícula tiene que ser la adecuada. En un futuro será más económico y rápido la identificación de los receptores de membrana de estas células, por lo que a largo plazo si tiene una gran proyección.
Otro gran problema a esta técnica es el libre albedrío que supone las nanopartículas de ADN sueltas el cuerpo ya que cada persona contiene miles de proteínas distintas que no pueden ser controladas y podrían tener afinidad por las nanopartículas por lo que se tendrá que hacer un gran estudio sobre animales antes de empezar con humanos.
Lo mejor de esta técnica es que supone el inicio de una nueva etapa en la medicina, los fármacos podrán ser liberados dependiendo de la necesidad de la célula y también son muy esperanzadores los números en cuanto a la microcirugía y se podrá rearar algunos tejidos sin la necesidad de entrar en quirófano, además de poder resolver problemas con los nervios porque se pueden crear puentes si algún nervio sufre una rotura.
http://www.dicat.csic.es/rdcsic/index.php/tecnologias-quimicas-2/131-proyectosquimica/173-adn-para-crear-nanomateriales-y-aplicaciones-miniaturizadas http://seemanlab4.chem.nyu.edu/ http://www.republica.com/ciencia-para-todos/2016/01/18/nanobots-robots-cancer/ https://singularityhub.com/2015/01/08/can-dna-nanobots-successfully-treat-cancerpatient-first-human-trial-soon/ https://es.wikipedia.org/wiki/Nanotecnolog%C3%ADa_de_ADN#Dise.C3.B1o_de_la_ estructura http://omicrono.elespanol.com/2017/03/adn-para-almacenamiento/ https://www.nature.com/news/2010/100310/full/464158a.html 4 ...

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