I nano-ricercatori hanno già manipolato gli atomi a tal punto che potrebbero scrivere tutte le parole contenute dalla Encyclopedia Britannica sulla punta di uno spillo, e hanno anche già assemblato rudimentali nano-macchine e computers molecolari. A costi però ancora molto elevati. Paul Rothemund, scienziato informatico del Caltech, con un background di studi in biologia, ha sviluppato un modo relativamente economico per disegnare e costruire arbitrariamente forme e pattern di DNA, abbastanza semplice, dice, da poter essere usato anche da studenti delle scuole medie superiori.

Sebbene una grande varietà di molecole e nanoparticelle possono già essere collegate al DNA, questa tecnica consentirebbe un modo per unire componenti diversi, come proteine e nanotubi semiconduttori, e realizzare nano-dispositivi elettronici per studiare le cellule ad un livello di dettaglio senza precedenti. “È qualcosa di veramente spettacolare”, dice William Shih, professore di chimica biologica e farmacologia molecolare alla Harvard Medical School, che intende estendere la tecnica di Rothemund per costruire strutture tridimensionali. “Il lavoro di Rothemund sta aprendo il campo della nano-biotecnologia verso applicazioni più semplici ed economiche”. Nadrian Seeman, il chimico della New York University che tra i primi ha cominciato ad usare il DNA per costruire forme complesse, ha detto: “Salendo nella scala, saremmo in grado di produrre dei patterns sempre più ampi e più intricati in modo molto più pratico”.

Il metodo di Rothemund snoda avanti e indietro la catena di DNA finché non prende la forma desiderata. La chiave è in brevi frammenti di DNA con sequenze scelte per attaccarsi a parti specifiche della catena. Una coppia di cento singoli frammenti può forzare il DNA nella forma desiderata. Per molti versi, è come giocare con il lego. Solo che si stà giocando con la vita. Un programma dedicato provvede a identificare le sequenze che servono ai frammenti. “Io disegno la struttura che voglio sul computer”, dice Rothemund, “mi escono fuori 250 sequenze di DNA. Le ordino in un gruppo di piccoli tubi. Le mixo insieme lungo la catena di DNA, aggiungo un po' di sale, scaldo, porto a ebolizione e poi raffreddo il tutto portandolo a temperatura ambiente. Ed è fatta”. Una volta mixate insieme, le catene di DNA si assemblano nella struttura desiderata...

Questi metodi di auto-assemblamento possono essere usati per creare nano-strutture dalle forme più svariate inferiori a lunghezze di 100 nanometri (la cellula di un globulo rosso è lunga circa 7.000 nanometri, ndr). Un articolo pubblicato su Nature che descrive il lavoro di Rothemund dimostra la versatilità della tecnica mostrando alcune delle strutture ottenute. Ma Rothemund si è spinto anche oltre, disegnando una mappa su scala 1:200 miliardi dell'emisfero occidentale della grandezza di una cellula. Per disegnare ogni struttura, stando a quanto dice Rothemund ci vuole circa una settimana.

Dopodiché, miliardi di copie si auto-assemblano in poche ore (la velocità di produzione è uno dei grandi vantaggi che offre il metodo). Si tratterà ora di sviluppare delle applicazioni pratiche, come ad esempio realizzare dispositivi nano-elettronici usando tecniche di litografia ottica. Thomas LaBean, chimico e scienziato informatico della Duke University, che ha sviluppato un'altra tecnica di DNA auto-assemblante leggermente più complicata e con una più bassa risoluzione, sta lavorando ad un SET, un transistor a elettrone singolo combinato con DNA che potrebbe servire come componente per tali dispositivi.

Il problema da superare per poter aspirare ad un computer al DNA auto-assemblante è il tasso di errore, ancora troppo alto. Una possibile soluzione potrebbe essere quella di combinare frammenti di DNA allo stesso modo in cui le cellule si combinano per formare un organismo. La tecnica, comunque, potrà rivelarsi pratica per la costruzione di “nanoarrays” in grado di misurare con precisione il contenuto dei singole cellule consentendo ai biologi di comprendere meglio il ruolo giocato dalle cellule, ad esempio, nel sistema nervoso.

“Intanto, siamo in grado di assemblare precisamente miliardi di dispositivi molecolari a costi abbordabili, qualcosa che fino a qualche tempo fa era impensabile”, dice Shih. Lloyd Smith, un chimico della University of Wisconsin, Madison, che ha commentato il lavoro di Rothemund su Nature, ha scritto: “Siamo ora forse più limitati dalla nostra immaginazione che non dalla nostra abilità”.

Fonte: Technology Review 16 marzo 2006