Simile all'utilizzo di Python o Java per scrivere codice per un computer, i chimici presto potrebbero essere in grado di utilizzare un insieme strutturato di istruzioni per "programmare" il modo in cui le molecole di DNA interagiscono in una provetta o in una cellula.

Un team guidato dall'Università di Washington ha sviluppato un linguaggio di programmazione per la chimica che spera semplificherà gli sforzi per progettare una rete in grado di guidare il comportamento delle miscele di reazioni chimiche nello stesso modo in cui i controller elettronici incorporati guidano le automobili, robot e altri dispositivi. In medicina, tali reti potrebbero fungere da erogatori di farmaci "intelligenti" o rilevatori di malattie a livello cellulare.

I risultati sono stati pubblicati online questa settimana (29 settembre) in Nanotecnologia della natura .

Chimici ed educatori insegnano e usano reti di reazioni chimiche, un linguaggio di equazioni secolare che descrive come si comportano le miscele di sostanze chimiche. Gli ingegneri UW portano questo linguaggio un passo avanti e lo usano per scrivere programmi che dirigono il movimento di molecole su misura.

"Partiamo da un astratto, descrizione matematica di un sistema chimico, e poi usare il DNA per costruire le molecole che realizzano le dinamiche desiderate, " ha detto l'autore corrispondente Georg Seelig, un assistente professore UW di ingegneria elettrica e di informatica e ingegneria. "La visione è che alla fine, puoi usare questa tecnologia per creare strumenti di uso generale."

Attualmente, quando un biologo o un chimico crea un certo tipo di rete molecolare, il processo ingegneristico è complesso, ingombrante e difficile da riutilizzare per la costruzione di altri sistemi. Gli ingegneri dell'UW volevano creare un framework che offrisse agli scienziati maggiore flessibilità. Seelig paragona questo nuovo approccio ai linguaggi di programmazione che dicono a un computer cosa fare.

"Penso che questo sia interessante perché ti permette di risolvere più di un problema, " disse Seelig. "Se vuoi che un computer faccia qualcos'altro, basta riprogrammarlo. Questo progetto è molto simile in quanto possiamo dire alla chimica cosa fare".

Gli esseri umani e altri organismi dispongono già di reti complesse di molecole di dimensioni nanometriche che aiutano a regolare le cellule e a tenere sotto controllo il corpo. Gli scienziati ora stanno trovando modi per progettare sistemi sintetici che si comportano come quelli biologici con la speranza che le molecole sintetiche possano supportare le funzioni naturali del corpo. A quello scopo, è necessario un sistema per creare molecole di DNA sintetico che variano in base alle loro funzioni specifiche.

Il nuovo approccio non è pronto per essere applicato in campo medico, ma gli usi futuri potrebbero includere l'utilizzo di questa struttura per creare molecole che si autoassemblano all'interno delle cellule e fungono da sensori "intelligenti". Questi potrebbero essere incorporati in una cella, quindi programmato per rilevare anomalie e rispondere secondo necessità, magari somministrando farmaci direttamente a quelle cellule.

Seelig e il collega Eric Klavins, un professore associato di ingegneria elettrica UW, ha recentemente ricevuto 2 milioni di dollari dalla National Science Foundation come parte di un'iniziativa nazionale per promuovere la ricerca sulla programmazione molecolare. Il nuovo linguaggio sarà utilizzato per supportare questa iniziativa più ampia, disse Seelig.