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En el ADN, los científicos encuentran una solución para construir un superconductor que podría transformar la tecnología

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En el ADN, los científicos encuentran una solución para construir un superconductor que podría transformar la tecnología

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia y sus colaboradores han utilizado el ADN para superar un obstáculo casi insuperable para diseñar los materiales que revolucionarían la electrónica.


Un posible resultado de estos materiales de ingeniería podrían ser los superconductores, que tienen una resistencia eléctrica cero, lo que permite que los electrones fluyan sin obstáculos. Esto significa que no desperdician energía ni generan calor, a diferencia de los medios de transmisión eléctrica actuales. Desarrollo de un superconductor que podría usarse ampliamente a temperatura ambiente, en lugar de a temperaturas extremadamente altas o temperaturas bajascomo ahora es posible- podría dar lugar a ordenadores ultrarrápidos, reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos, permitir Trenes de alta velocidad flotan sobre los imanes y reducen el consumo de energía, entre otros beneficios.

Tal superconductor fue propuesto por primera vez hace más de 50 años por el físico de Stanford William A. Little. Los científicos pasaron décadas tratando de hacer que funcionara, pero incluso después de validar la viabilidad de su idea, se encontraron con un desafío que parecía imposible de superar. Hasta aquí.

Edward H. Egelman, Ph.D., del Departamento de Bioquímica y Genética Molecular de la UVA, fue un líder en el campo de la crio-microscopio de electrones (cryo-EM), y él y Leticia Beltran, una estudiante de posgrado en su laboratorio, utilizaron imágenes crio-EM para este proyecto aparentemente imposible. «Demuestra», dijo, «que la técnica crio-EM tiene un gran potencial en la investigación de materiales».

Ingeniería a Nivel Atómico

Una forma posible de realizar la idea de Little de un superconductor es modificar conjuntos de nanotubos de carbono, cilindros huecos de carbono tan pequeños que deben medirse en nanómetros, mil millonésimas de metro. Pero había un gran desafío: controlar reacciones químicas a lo largo de los nanotubos para que la matriz se pueda ensamblar con la precisión necesaria y funcione según lo previsto.

Egelman y sus colaboradores encontraron una respuesta en los mismos componentes básicos de la vida. Tomaron el ADN, el material genético que le dice a las células vivas cómo funcionar y lo usó para guiar una reacción química que superaría la Gran Barrera Superconductora de Little. En resumen, utilizaron la química para lograr una ingeniería estructural asombrosamente precisa: construir al nivel de moléculas individuales. El resultado fue una serie de nanotubos de carbono ensamblados según las necesidades del superconductor a temperatura ambiente de Little.

«Este trabajo demuestra que se puede lograr una modificación ordenada de los nanotubos de carbono aprovechando el control de la secuencia de ADN sobre el espacio entre los sitios de reacción adyacentes», dijo Egelman.

La red que construyeron aún no ha sido probada para la superconductividad, pero ofrece una prueba de principio y tiene un gran potencial para el futuro, dicen los investigadores. «Si bien la crio-EM se ha convertido en la técnica principal en biología para determinar las estructuras atómicas de los ensamblajes de proteínas, hasta ahora ha tenido un impacto mucho menor en ciencia de los Materialesdijo Egelman, cuyo trabajo anterior lo llevó a ingresar a la Academia Nacional de Ciencias, uno de los más altos honores que puede recibir un científico.

Egelman y sus colegas dicen que su enfoque guiado por ADN para construir redes podría tener una amplia variedad de aplicaciones de investigación útiles, particularmente en física. Pero también valida la posibilidad de construir Little’s temperatura ambiente superconductor. El trabajo de los científicos, combinado con otros avances en superconductores en los últimos años, en última instancia, podría transformar la tecnología tal como la conocemos y conducir a un futuro mucho más «Star Trek».

«Si bien a menudo pensamos en la biología usando herramientas y técnicas de la física, nuestro trabajo muestra que los enfoques desarrollados en biología pueden, de hecho, aplicarse a problemas de física e ingeniería», dijo Egelman. «Eso es lo que es tan emocionante de la ciencia: no poder predecir a dónde nos llevará nuestro trabajo».

Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista La ciencia.


La ventana a escala atómica sobre la superconductividad allana el camino para nuevos materiales cuánticos


Más información:
Zhiwei Lin et al, remodelación de red guiada por ADN de nanotubos de carbono, La ciencia (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abo4628

Proporcionado por
Universidad de Virginia

Cotizar: En el ADN, los científicos encuentran una solución para construir un superconductor que podría transformar la tecnología (2 de agosto de 2022) Consultado el 2 de agosto de 2022 en https://phys.org/news/2022-08-dna-scientists-solution -superconductor-technology. html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Excepto para el uso justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente a título informativo.

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Un 'lienzo' de arte rupestre de 12.500 años de antigüedad en el Amazonas revela la conexión de los primeros estadounidenses con la vida silvestre

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Un 'lienzo' de arte rupestre de 12.500 años de antigüedad en el Amazonas revela la conexión de los primeros estadounidenses con la vida silvestre

Una galería de fotografías impactantes ocre Las pinturas dibujadas en enormes paredes rocosas ofrecen información sobre la estrecha relación entre los humanos y los animales que vivieron en el Amazonas hace miles de años.

La obra está ubicada sobre afloramientos rocosos del Cerro Azul, en la Serranía de la Lindosa, un acantilado en Colombia. Incluye 3.223 dibujos de humanos y animales, incluida una colección de peces, reptiles y mamíferos de distintos tamaños, según un nuevo estudio publicado en la edición de septiembre de la revista. Revista de Arqueología Antropológica.

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La NASA está cerca de tomar una decisión sobre el destino de la nave espacial Starliner de Boeing

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La NASA está cerca de tomar una decisión sobre el destino de la nave espacial Starliner de Boeing
Agrandar / En esta fotografía tomada el 3 de julio se ve la nave espacial Strainer de Boeing acoplada a la Estación Espacial Internacional.

Los astronautas que abordaron la nave espacial Starliner de Boeing hacia la Estación Espacial Internacional el mes pasado aún no saben cuándo regresarán a la Tierra.

Los astronautas Butch Wilmore y Suni Williams han estado en el espacio durante 51 días, seis semanas más de lo previsto inicialmente, mientras los ingenieros en tierra resuelven problemas con el sistema de propulsión de Starliner.

Los problemas son dobles. Los propulsores de la nave espacial se sobrecalentaron y algunos de ellos se apagaron cuando Starliner se acercó a la estación espacial el 6 de junio. Otro problema, aunque quizás relacionado, son las fugas de helio en el sistema de propulsión del barco.

El jueves, funcionarios de la NASA y Boeing dijeron que todavía planeaban traer a Wilmore y Williams de regreso a bordo de la nave espacial Starliner. Durante las últimas semanas, los equipos de tierra completaron las pruebas de un propulsor en un banco de pruebas en White Sands, Nuevo México. Este fin de semana, Boeing y la NASA planean poner en órbita los propulsores de la nave espacial para comprobar su rendimiento una vez acoplada a la estación espacial.

«Creo que estamos empezando a acercarnos a esas piezas finales de la lógica de vuelo para asegurarnos de que podamos regresar a casa de manera segura, y ese es nuestro enfoque principal en este momento», dijo Stich.

Estos problemas han llevado a especulaciones de que la NASA podría decidir devolver a Wilmore y Williams a la Tierra a bordo de una nave espacial SpaceX Crew Dragon. Actualmente hay un barco Crew Dragon atracado en la estación y se espera que se lance otro con una nueva tripulación el próximo mes. Steve Stich, jefe del programa de tripulación comercial de la NASA, dijo que la agencia ha estudiado planes de respaldo para llevar a la tripulación de Starliner a casa a bordo de una cápsula SpaceX, pero el objetivo principal sigue siendo llevar a los astronautas de regreso a bordo de Starliner.

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«Nuestra primera opción es completar la misión», dijo Stich. “Hay muchas buenas razones para completar esta misión y traer a Butch y Suni de regreso a bordo de Starliner. Starliner fue diseñada, como nave espacial, para tener a la tripulación en la cabina. »

El Starliner fue lanzado desde la Estación Espacial de Cabo Cañaveral en Florida el 5 de junio. Wilmore y Williams son los primeros astronautas en volar al espacio a bordo de la cápsula de tripulación comercial de Boeing, y este vuelo de prueba tiene como objetivo allanar el camino para futuros vuelos operativos para rotar tripulaciones de cuatro hacia y desde la Estación Espacial Internacional.

Una vez que la NASA certifique completamente a Starliner para misiones operativas, la agencia tendrá dos naves espaciales amigables para los humanos disponibles para vuelos a la estación. Crew Dragon de SpaceX transporta astronautas desde 2020.

Pruebas, pruebas y más pruebas.

La NASA extendió la duración del vuelo de prueba de Starliner para realizar pruebas y analizar datos en un esfuerzo por generar confianza en la capacidad de la nave espacial para llevar a su tripulación a casa de manera segura y comprender mejor las causas profundas del sobrecalentamiento de los propulsores y las fugas de helio. Estos problemas se encuentran dentro del módulo de servicio Starliner, que se desecha para quemarse en la atmósfera al reingresar, mientras que el módulo de tripulación reutilizable, con los astronautas dentro, se lanza en paracaídas para un aterrizaje amortiguado por una bolsa de aire.

La más importante de estas pruebas consistió en una serie de disparos de prueba de un propulsor Starliner en tierra. Este propulsor se tomó de un conjunto de hardware planeado para volar en una futura misión Starlink, y los ingenieros lo sometieron a una prueba de esfuerzo, tirando de él repetidamente para replicar la secuencia de pulsos que vería en vuelo. Las pruebas simularon dos secuencias de vuelo a la estación espacial y cinco secuencias que realizaría el propulsor durante el desacoplamiento y la salida de órbita para regresar a la Tierra.

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«Este propulsor ha sufrido una serie de pulsaciones, quizás incluso más de las que anticiparíamos en vuelo, y más agresivas en términos de dos ascensos y cinco descensos», dijo Stich. “Lo que observamos en el propulsor es el mismo tipo de degradación del empuje que observamos en órbita. En varios propulsores (en Starliner) vemos un empuje reducido, lo cual es importante. »

La computadora de vuelo de Starliner apagó cinco de los 28 propulsores del sistema de control de reacción de la nave espacial, producidos por Aerojet Rocketdyne, durante su encuentro con la estación espacial el mes pasado. Cuatro de los cinco propulsores se recuperaron después de sobrecalentarse y perder empuje, pero los funcionarios declararon que uno de los propulsores era inutilizable.

El propulsor probado en tierra mostró un comportamiento similar. Las inspecciones del propulsor en White Sands mostraron hinchazón en un sello de teflón de una válvula oxidante, lo que podría restringir el flujo del propulsor de tetróxido de nitrógeno. Los propulsores, cada uno de los cuales genera alrededor de 85 libras de empuje, consumen el oxidante de tetróxido de nitrógeno, o NTO, y lo mezclan con combustible de hidracina para la combustión.

Una válvula de mariposa, similar a la válvula de inflado de un neumático, está diseñada para abrirse y cerrarse para permitir que el tetróxido de nitrógeno fluya hacia el propulsor.

«Esta válvula tiene un sello de teflón en el extremo», explicó Nappi. “Bajo el efecto del calor y el vacío natural que se produce cuando se dispara el propulsor, esta junta se deformó e incluso se abombó ligeramente. »

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Stich dijo que los ingenieros están evaluando la integridad del sello de teflón para determinar si podría permanecer intacto durante el desacoplamiento y la salida de órbita de la nave espacial Starliner. No se necesitan propulsores mientras Starliner está conectado a la estación espacial.

“¿Podría esta foca en particular sobrevivir el resto del vuelo?” Esa es la parte importante”, dijo Stich.

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El descubrimiento de restos de un virus antiguo gigante ofrece nuevas pistas sobre los orígenes de la vida compleja

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El descubrimiento de restos de un virus antiguo gigante ofrece nuevas pistas sobre los orígenes de la vida compleja

Un nuevo estudio ha descubierto que el código genético del Amoebidium unicelular contiene restos de antiguos virus gigantes, lo que proporciona información sobre la evolución genética de la vida compleja. Este hallazgo revela que estos genes virales, aunque potencialmente dañinos, se mantienen inactivos mediante procesos químicos dentro del ADN de Amoebidium, lo que sugiere una relación más compleja entre los virus y sus huéspedes, lo que podría afectar nuestra comprensión de la evolución genética de otros organismos, incluidos los humanos.

Los microorganismos revelan cómo nuestros predecesores unicelulares incorporaron ADN viral en sus propios genomas.

Los investigadores han descubierto restos de antiguos virus gigantes en el genoma de Amoebidium, un organismo unicelular, lo que sugiere que dichas secuencias virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de formas de vida complejas. Este estudio destaca la relación dinámica entre los virus y sus huéspedes, que también refleja la genética humana.

Un nuevo estudio publicado en la revista científica ha descubierto un giro sorprendente en la historia evolutiva de la vida compleja. Avances científicosInvestigadores de la Universidad Queen Mary de Londres han descubierto que un organismo unicelular, estrechamente relacionado con los animales, contiene restos de antiguos virus gigantes en su código genético. Este descubrimiento proporciona una mejor comprensión de cómo los organismos complejos pudieron adquirir algunos de sus genes y destaca la interacción dinámica entre los virus y sus huéspedes.

El estudio se centró en un microbio llamado Amoebidium, un parásito unicelular que se encuentra en ambientes de agua dulce. Al analizar el genoma de Amoebidium, los investigadores dirigidos por el Dr. Alex de Mendoza Soler, profesor titular de la Escuela de Ciencias Biológicas y del Comportamiento de Queen Mary, descubrieron una sorprendente abundancia de material genético de virus gigantes, algunos de los virus más grandes conocidos por la ciencia. Estas secuencias virales estaban fuertemente metiladas, una etiqueta química que a menudo silencia los genes.

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«Es como encontrar caballos de Troya escondidos dentro del Amoebidium ADN«Estas inserciones virales son potencialmente peligrosas, pero Amoebidium parece controlarlas silenciándolas químicamente», explica el Dr. de Mendoza Soler.


El microbio Amoebidium appalachense vive su ciclo de desarrollo en el laboratorio. Los núcleos se dividen dentro de una célula hasta la madurez (~40 h en el video), cuando cada núcleo se convierte en una sola célula y la colonia se rompe dando lugar a la descendencia. Crédito: Álex de Mendoza

Investigación actual e implicaciones.

Luego, los investigadores estudiaron el alcance de este fenómeno. Compararon los genomas de varios aislados de Amoebidium y encontraron una variación significativa en el contenido viral. Esto sugiere que el proceso de integración y silenciamiento viral es continuo y dinámico.

«Estos resultados desafían nuestra comprensión de la relación entre los virus y sus huéspedes», afirma el Dr. de Mendoza Soler. “Tradicionalmente, los virus se consideran invasores, pero este estudio sugiere una historia más compleja. Las inserciones virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de organismos complejos al proporcionarles nuevos genes. Y esto es posible gracias a la domesticación química del ADN de estos intrusos. »

Células de Amoebidium apalachense

Células de Amoebidium appalachense teñidas para detectar ADN (en azul, que muestra el núcleo) y actina (en verde), resaltando las membranas celulares en la etapa de celularización de la colonia. Crédito: Álex de Mendoza

Además, los descubrimientos realizados sobre Amoebidium ofrecen paralelos intrigantes con la forma en que nuestros propios genomas interactúan con los virus. Al igual que Amoebidium, los humanos y otros mamíferos tienen restos de virus antiguos, llamados retrovirus endógenos, incrustados en su ADN. Si bien estos restos se consideraban anteriormente “ADN basura” inactivo, ahora algunos pueden ser beneficiosos. Sin embargo, a diferencia de los virus gigantes que se encuentran en Amoebidium, los retrovirus endógenos son mucho más pequeños y el genoma humano es significativamente más grande. Investigaciones futuras pueden explorar estas similitudes y diferencias para comprender la compleja interacción entre virus y formas de vida complejas.

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Referencia: “La metilación del ADN permite la endogenización recurrente de virus gigantes en un animal relacionado” por Luke A. Sarre, Iana V. Kim, Vladimir Ovchinnikov, Marine Olivetta, Hiroshi Suga, Omaya Dudin, Arnau Sebé-Pedrós y Alex de Mendoza, 12 de julio , 2024, Avances científicos.
DOI: 10.1126/sciadv.ado6406

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