El grupo de investigación liderado por Miguel Ángel Galindo Cuesta, profesor titular de Química Inorgánica de la Universidad de Granada, ha conseguido formar moléculas de ADN con iones de plata en su interior, manteniendo la estructura y organización de doble hebra del ADN, tal y como ocurre en la naturaleza.

Este logro, que ha sido recogido en el último número de la revista científica Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-024-51876-8), permite ampliar la tecnología y desarrollo de sistemas basados en moléculas de ADN, permitiendo la incorporación de iones metálicos en su interior, según informa la UGR en una nota de prensa. 

La posibilidad de formar moléculas de ADN con iones de plata, manteniendo la estructura y organización de doble hebra del ADN, permite mejorar la estabilidad de las propias estructuras de ADN para desarrollar sistemas nanométricos basados en moléculas ADN-plata con propiedades de elevado interés tecnológico como la fluorescencia y la conductividad, y terapéutico, como la citotoxicidad o estabilización de estructuras de ADN para terapias genéticas.

Aplicaciones en nanociencia y biomedicina

El desarrollo de estos sistemas abre posibilidades de gran interés para el campo de la nanociencia. Desde una perspectiva tecnológica, la integración de metales como la plata podría dotar a micro y nanoestructuras de ADN de propiedades conductoras y fluorescentes.

Por su parte, en el ámbito terapéutico, la mayor estabilidad que proporciona la plata frente a la degradación enzimática, junto con su conocida actividad antimicrobiana, permite diseñar moléculas de ADN-plata estables y programadas para interactuar con el ADN o ARN celular, permitiendo el desarrollo de aplicaciones muy prometedoras para biomedicina.

Imitar la estructura natural del ADN mejorando sus propiedades

Los resultados de este estudio han demostrado que la moléculas de ADN-plata desarrolladas en la UGR son capaces de emular las estructuras que se forman usando ADN natural, abriendo la puerta al desarrollo de una amplia variedad de estructuras de ADN-plata de manera racional. Estas nuevas moléculas se organizan a partir de una secuencia de bases elegida de manera estratégica, al igual que ocurre cuando se usa ADN natural, por tanto, es posible elegir secuencias de bases de interés terapéutico. La introducción de iones metálicos en estas estructuras aumenta su estabilidad y las dota de nuevas propiedades físico-químicas, abriendo la puerta al desarrollo de múltiples aplicaciones tecnológicas y biomédicas.

Para lograrlo, los investigadores han realizado una ligera modificación química en las bases de adenina y guanina que forman el ADN. De esta manera, se ha logrado por primera vez preparar y conocer la estructura de una molécula de doble hélice de ADN que incorpora iones de plata en su interior.

En este sistema, los enlaces de hidrógeno tradicionales de Watson-Crick han sido sustituidos por enlaces de coordinación a iones de plata, lo que da lugar a un híbrido ADN-plata de gran estabilidad. Los resultados han demostrado, además, que estas moléculas de ADN modificado pueden transportar iones de plata en su interior sin alterar la forma de la doble hélice del ADN natural.

Para la realización de este trabajo de investigación se han empleado técnicas de caracterización de vanguardia como la resonancia magnética nuclear de alta resolución,  la dispersión de rayos X sobre la molécula de ADN-plata estudiada y cálculos computacionales usando los recursos de supercomputación ALBAICÍN de la UGR.

Colaboración internacional

Junto al doctor Galindo Cuesta, han trabajado también en este estudio los doctorandos del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Granada Antonio Pérez Romero y Carmen López Chamorro, así como José A. Doblado Jiménez, del Departamento de Química Orgánica.

El proyecto ha contado, además, con la colaboración de otros grupos de investigación nacionales e internacionales, destacando la participación de los doctores Óscar Palacios Bonilla, de la Universidad Autónoma de Barcelona, May Nyman, de la Universidad Estatal de Oregón (Estados Unidos), Janez Plavec, de la Universidad de Ljubljana (Eslovenia) y Mrinal Bera, de la Universidad de Chicago (Estados Unidos).

Los resultados de este trabajo de investigación son producto de los proyectos ID2020-120186RB-I00, del Departamento de Química Inorgánica de la UGR, financiado por el Programa Estatal de Generación de Conocimiento y Fortalecimiento Científico y Tecnológico del Sistema de I+D+i del Ministerio de Ciencia e Innovación (Agencia Estatal de Investigación), y P20_00702 (Nanoestructuras funcionales de orden superior formadas por moléculas deaza-ADN-Ag), con financiación del programa de Proyectos de I+D+i de la Junta de Andalucía.