Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Nanobiomateriales creados a partir de virus

Archivo: Nanotecnología
M.C. Germán Plascencia-Villa / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Candidato a Doctor en Ciencias Bioquímicas
Dr. Octavio Tonatiuh Ramírez Reivich / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Dra. Laura Alicia Palomares Aguilera / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Biotecnología-UNAM

Los microorganismos más fascinantes de la naturaleza son los virus, al ser los organismos autoreplicantes más pequeños. En forma simple podemos decir que consisten de material genético (ADN o ARN) recubierto por una cápside de proteínas. Al no poseer metabolismo propio están obligados a invadir otros organismos para lograr replicarse, y es en este proceso que pueden causar diversas enfermedades.
Los primeros descubrimientos y aplicaciones de los virus datan de 1796 cuando Edward Jenner desarrolló la primera vacuna contra la viruela. Después de más de dos siglos de estudio extensivo de los virus como patógenos se ha producido un conocimiento detallado de sus propiedades a nivel biológico, genético y estructural. La aparente simplicidad de los virus es engañosa ya que son capaces de infectar prácticamente todo tipo de organismos.

Muchos expertos coinciden en que este siglo XXI es la época de la siguiente gran revolución tecnológica, gracias a los avances de la biotecnología y de la nanotecnología. El término nanotecnología incluye una gran cantidad de ciencias, donde el término común es el estudio y uso de la materia en el rango de escala de 1 a 100 nanómetros (1 nm=1 mil millonésima parte de un metro) para generar materiales de alta resistencia, superconductividad, ultraligeros, etc. Una de las características de la nanotecnología es que imita los procesos naturales de autoensamblaje de la materia en el rango nanométrico en componentes y dispositivos con tamaño y precisión atómicos. Estos nanomateriales pueden ser nanopartículas, nanocables o nanoalambres, nanotubos, películas y fibras ultradelgadas, nanocristales, entre otros. Mientras que la biotecnología es la aplicación tecnológica de sistemas biológicos, organismos vivos y sus partes para producir o modificar productos o procesos para usos específicos, mediante técnicas de ingeniería genética, bioquímica e ingeniería.

Al combinar algunos conceptos de nanotecnología y de biotecnología entramos en la nanotecnología molecular o nanobiotecnología. Esta división de la nanotecnología involucra el estudio y síntesis de biomateriales, dispositivos y metodologías en la nanoescala que se caracterizan por incluir biomoléculas en estos procesos. Los organismos sintetizan un gran repertorio de estructuras complejas altamente organizadas que están formadas por un número limitado de biomoléculas (ácidos nucléicos, proteínas, lípidos y carbohidratos).
Podemos considerar que los virus pueden ser nanomateriales biológicos por lo que han recibido gran atención debido a su gran potencial en aplicaciones nanotecnológicas. Los virus han desarrollado propiedades de almacenamiento de información, reconocimiento celular, señalización, movimiento y autoensamblaje gracias a millones de años de evolución. Además, los diferentes virus poseen una gran diversidad de estructuras autoensamblables que podemos comparar y ver que son estructuralmente semejantes a los nanomateriales. Por ejemplo, los virus filamentosos pueden compararse con nanoalambres o nanotubos, mientras que los virus icosaédricos (esféricos) pueden compararse con nanocontenedores.

Las partículas virales y partículas pseudovirales (que poseen la misma estructura pero sin el material genético y producidas por medio de procesos biotecnológicos) sirven como templado o molde para la síntesis, diseño y fabricación de nanomateriales híbridos desarrollados a partir de enfoques basados en los principios de biomineralización y conjugación química aprovechando su alto grado de organización. Las principales ventajas son su tamaño en el rango nanométrico, la capacidad de autoensamblaje en partículas monodispersas en tamaño y forma, el alto grado de simetría y multifuncionalidad, además de la capacidad de producción en grandes cantidades, estabilidad, resistencia y biocompatibilidad.

La resolución atómica de la estructura de las proteínas virales revela las posibles formas de modificación de las partículas virales mediante modificación química y genética, para impartirles nuevos ensamblajes, funciones y propiedades. Las superficies internas o externas de los virus pueden recubrirse con nanopartículas formadas por metales (oro, plata, cobre, cobalto, níquel, fierro, silicio, platino o paladio), compuestos semiconductores (ZnS y CdS) o magnéticos (FePt, CoPt, CoAu).

Diferentes virus han sido utilizados como moldes o templados para la síntesis y ensamblaje de nanomateriales, que dependiendo de su composición sirven como sistemas de entrega de compuestos químicos (medicamentos, nanopartículas metálicas o magnéticas) o de diagnóstico (fluoróforos o nanopartículas fluorescentes), así como la construcción de nanomateriales estructurados de 1, 2 y 3 dimensiones, tales como nanocontenedores o nanojaulas (de 12 a 50 nm), nanoalambres (de 2 a 20 nm de diámetro), nanotubos (de 6 a 75 nm de diámetro), películas y fibras ultradelgadas.
Entre las aplicaciones o usos de estos nanobiomateriales formados a partir de proteínas virales pueden ser como componentes nanoelectrónicos, sistemas de almacenamiento de información, nanotransistores, nanobaterias, sistemas de diagnóstico y tratamiento de cáncer, sistemas catalíticos, películas de cristal líquido ultradelgadas, y otras muchas apenas por descubrir, ya que el único límite es el ingenio e imaginación humana.

 


Germán Plascencia-Villa es ingeniero bioquímico con especialidad en Biotecnología por el Instituto Tecnológico de Celaya, Guanajuato. Es maestro en Ciencias y candidato a Doctor en Ciencias Bioquímicas por el Instituto de Biotecnología de la UNAM.

La Dra. Laura Alicia Palomares es ingeniera Bioquímica por el ITESM, tiene la maestría en Biotecnología y el doctorado en Ciencias por el Instituto de Biotecnología de la UNAM. Es investigadora nivel II del SNI-CONACyT.

El Dr. Octavio Tonatiuh Ramírez es ingeniero químico por la Facultad de Química de la UNAM, posee la maestría y el doctorado en Ingeniería Química por la Drexel University de Estado Unidos. Es investigador nivel III del SNI-CONACyT y Jefe del Departamento de Medicina Molecular y Bioprocesos del Instituto de Biotecnología UNAM.