Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ha demostrado, mediante simulaciones de dinámica molecular de alta resolución, que una doble hélice de ADN que gira dentro de un nanotubo de carbono puede transportar agua e iones contra un gradiente de concentración, una versión a escala molecular del tornillo de Arquímedes, uno de los mecanismos de bombeo más antiguos de la humanidad.
El estudio, publicado como preimpresión en bioRxiv, demuestra que el principio de una bomba de tornillo helicoidal, inventada hace más de 2.000 años para elevar agua para riego, puede trasladarse a una escala donde la gravedad y la inercia son fuerzas insignificantes.
Cómo funciona
El dúplex de ADN actúa como la paleta helicoidal de un tornillo de Arquímedes a nanoescala. Cuando gira dentro de un nanotubo de carbono, la forma helicoidal natural del ADN recoge agua e iones, transportándolos a través del tubo. El mecanismo difiere según la carga: el transporte de agua es impulsado principalmente por la forma estérica del dúplex rotatorio, el movimiento físico de barrido arrastra las moléculas de agua. El transporte de iones, particularmente de cationes, es más rápido y está impulsado por interacciones electrostáticas entre el esqueleto de ADN con carga negativa y los iones con carga positiva.
Fundamentalmente, el dúplex impulsado por torsión puede mover iones contra un gradiente de concentración, de baja a alta concentración, la característica definitoria de una bomba y el rasgo que hace que el principio del tornillo de Arquímedes sea significativo a escala molecular.
El flujo iónico inducido por rotación depende del tipo de catión específico, lo que plantea la posibilidad de separación iónica a nanoescala.
Solo simulación, por ahora
El estudio, realizado por Xavier Mleziva, Christopher Maffeo y Aleksei Aksimentiev del Departamento de Física de la UIUC, es completamente computacional. Como señala el artículo de noticias de Science de Julia Vaz, el desafío de ingeniería de “colocar y fijar una doble hélice de ADN dentro de un nanotubo de carbono” en el mundo real sigue sin resolverse. No se ha demostrado ninguna realización experimental.
Por qué es importante
Esta es la primera demostración de que un principio de bomba macroscópico puede funcionar a escala molecular utilizando una hélice biológica natural. Las bombas macroscópicas dependen de la gravedad y la inercia, fuerzas que son efectivamente cero a escala nanométrica, lo que hace que la traslación esté lejos de ser trivial.
Las aplicaciones potenciales, si se logra la realización experimental, incluyen tecnologías de laboratorio en un chip para mover moléculas a escalas diminutas, separación y concentración de materia biológica, y manejo de fluidos a escala molecular.
La investigación fue financiada por la National Science Foundation (ID-2411133).
Divulgación: Basado en una preimpresión de bioRxiv que no ha pasado por revisión de pares. El estudio es completamente computacional (simulaciones de dinámica molecular) sin realización experimental.
Traducido por Alessandra
Fuentes:
1. Mleziva X, Maffeo C, Aksimentiev A. “DNA: A Nanoscale Archimedes’ Screw.” bioRxiv. 2026. DOI: 10.64898/2026.06.25.734429
2. Reportado en Science AAAS. https://www.science.org/content/article/dna-could-act-famed-gravity-defying-pump