El chip de silicio escribe el ADN usando electricidad y agua en lugar de química

El ADN sintético es una de las herramientas más importantes de la biología y la medicina modernas. Es necesario para pruebas de diagnóstico, para la modificación selectiva del material genético y en la investigación del cáncer, así como como elemento básico para nuevas vacunas y terapias. La mayoría de estas cadenas de ADN hechas a medida se han producido hasta ahora mediante un proceso químico conocido como química de fosforamidita. Si bien este proceso bien establecido puede producir millones de secuencias en paralelo, requiere solventes orgánicos peligrosos e instalaciones de producción centralizadas. Un nucleótido es el único componente básico del ADN, y se crea una cadena conectando muchos de estos componentes uno tras otro en un orden específico. Cuanto más largas y numerosas sean las secuencias deseadas, más compleja y perjudicial para el medio ambiente se vuelve la producción convencional.

Una alternativa más suave es la síntesis enzimática de ADN, que ocurre en el agua y está más cerca del proceso natural en las células vivas. Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran específicamente la construcción del ADN sin la necesidad de utilizar productos químicos agresivos. El enfoque promete dispositivos más pequeños, más seguros y más ampliamente disponibles para escribir ADN. Sin embargo, hasta ahora, el método enzimático se ha quedado muy por detrás de la producción química en masa porque sólo podía producir una docena de secuencias a la vez. Precisamente a partir de este umbral comienza el nuevo trabajo, ya que el chip Harvard eleva a 64 el número de filamentos construidos en paralelo, estableciendo así un nuevo récord para esta tecnología. Cada una de estas cadenas puede tener hasta 39 nucleótidos de largo, lo que es suficiente para muchas aplicaciones de diagnóstico.

Cómo el chip construye ADN en agua

El verdadero truco reside en cómo se controla espacialmente la reacción. La plataforma, desarrollada por un equipo dirigido por Donhee Ham en la Escuela de Ingeniería John A. Paulson de Harvard, tiene 64 sitios de síntesis individuales en su superficie. El ADN siempre crece bloque a bloque, y cada nucleótido recién agregado lleva un bloque temporal que impide un mayor crecimiento. Sólo cuando se elimina este bloque, un paso que los expertos llaman desprotección, puede seguir el siguiente nucleótido. Este proceso se activa por un valor de pH bajo, es decir, por el ácido local presente en el agua. El truco consiste en producir este ácido sólo en los puntos que realmente necesitan recibir un nuevo componente básico en el ciclo respectivo.

Para conseguirlo, hay un par de electrodos anulares concéntricos en cada punto de síntesis, con el ADN anclado en el centro. La electrónica del chip conduce la electricidad al anillo interior y genera allí protones, que reducen precisamente el valor del pH en las cadenas de ADN y provocan así una elongación enzimática. Al mismo tiempo, el anillo exterior absorbe corriente y consume los protones que se difunden hacia afuera, de modo que la zona ácida no se extienda a las zonas vecinas. Ciclo tras ciclo, el chip activa esta operación ácida sólo en los puntos requeridos, creando así 64 secuencias diferentes, una al lado de la otra. La electrónica subyacente procedía originalmente de un contexto completamente diferente, a saber, la derivación de señales eléctricas de miles de células nerviosas, y fue reutilizada para la síntesis molecular mediante electrodos de superficie rediseñados.

El ADN como archivo de datos del futuro

Además de las aplicaciones en biología sintética y diagnóstico, el equipo demostró otra posibilidad codificando texto de 169 bytes en 64 secuencias. Esto apunta a una perspectiva a largo plazo, el almacenamiento de datos de ADN, donde la información digital se almacena en la secuencia de bloques de construcción genéticos. Esta idea no es nueva, ya que anteriormente se presentó un nanochip de almacenamiento de ADN que guarda datos en moléculas genéticas. Sin embargo, el almacenamiento de datos de ADN sigue siendo una aplicación más lejana porque requiere una síntesis a gran escala. Sin embargo, es precisamente esta escala la que hace atractiva la ruta enzimática basada en agua, porque cuanto más ADN hay que escribir, más importante se vuelve el consumo de disolventes y el impacto medioambiental.

La química plantea el próximo obstáculo

El equipo probó hasta dónde se podía llevar el chip utilizando sitios de síntesis muy cercanos en el mismo componente de silicio. Este intento fracasó, pero proporcionó uno de los hallazgos más importantes del estudio. La causa no fue la electrónica, que seguía localizando con precisión el bajo valor de pH, sino la química de la desprotección. El ácido no elimina directamente la obstrucción, sino que crea moléculas intermedias que hacen este trabajo. Estos intermediarios pueden migrar a sitios vecinos y desdibujar los límites entre los sitios de síntesis. Esto crea un claro siguiente paso para la industria, a saber, el desarrollo de una química de desprotección más directa impulsada por ácido que pueda igualar la precisión del chip. El trabajo, publicado en la revista Nature Electronics, es el resultado de la colaboración entre Harvard, el Broad Institute, la empresa DNA Script y POSTECH y marca un hito en el camino hacia fábricas de ADN compactas y respetuosas con el medio ambiente.

Nature Electronics, Síntesis enzimática paralela de ADN mediante un chip semiconductor; doi:10.1038/s41928-026-01662-9