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    Fabricación de proteínas activadas por luz

    Raziye Karapinar (izquierda) y Stefan Herlitze Crédito:RUB, Kramer

    Los investigadores de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) han desarrollado una nueva estrategia para diseñar proteínas sensibles a la luz. Tales proteínas, también conocidas como herramientas optogenéticas, se puede encender y apagar a través de impulsos de luz, desencadenando así procesos celulares específicos. Ellos pueden, por ejemplo, utilizarse para analizar y controlar cómo las células nerviosas transmiten las señales. Hasta aquí, Los investigadores que desarrollan herramientas optogenéticas se han visto obligados a recurrir al método de prueba y error. Una combinación de métodos experimentales y asistidos por computadora ha allanado el camino para un enfoque más específico.

    En colaboración con un colega de Münster, el equipo encabezado por el profesor Stefan Herlitze, Departamento de Zoología General y Neurobiología de RUB, y el profesor Klaus Gerwert, Departamento de Biofísica de RUB, ha publicado un artículo sobre el método en la revista " Quimioquímica ", donde apareció como artículo de portada en la edición del 15 de julio de 2019.

    Encender y apagar proteínas con luz de diferentes colores

    Un ejemplo de herramienta optogenética es la proteína melanopsina. Puede encenderse y apagarse mediante dos señales luminosas de diferentes colores. "A menudo, se requiere más de una herramienta optogenética, por ejemplo, si dos procesos diferentes tienen que ser controlados en una celda independientemente uno del otro, "explica Raziye Karapinar del Departamento de Zoología General y Neurobiología." Por lo tanto, debemos asegurarnos de que las señales de color para ambas herramientas no se superpongan, "agrega el Dr. Till Rudack, biofísico de Bochum.

    El equipo de investigación de Klaus Gerwert y Stefan Herlitze ha desarrollado una estrategia híbrida para la ingeniería de proteínas específicas de melanopsina y otras herramientas optogenéticas. Para tal fin, los investigadores combinaron métodos de cálculo asistidos por computadora con mediciones electrofisiológicas.

    La simulación por computadora determina el color de la luz de activación

    Usando simulaciones por computadora de química cuántica, calcularon el color de luz específico requerido para activar una proteína. Por lo tanto, determinaron cómo los bloques de construcción de proteínas individuales resp. el intercambio de bloques de construcción de proteínas individuales afecta el color de la luz. La simulación por computadora generó una lista de variantes de proteínas que califican como herramientas optogenéticas potenciales. Después, los investigadores utilizaron medidas electrofisiológicas para analizar los candidatos prometedores con respecto a su potencial optogenético. Esto incluye sensibilidad a la luz, es decir, cuánta luz se necesita para encender y apagar la proteína, así como la velocidad y selectividad a las que se implementan o terminan los mecanismos después de la activación del interruptor. Una buena herramienta optogenética se puede encender y apagar en rápida sucesión con poca intensidad de luz.

    Validación con herramienta optogenética bien investigada

    Usando la herramienta optogenética Channelrhodopsin-2 bien investigada, el equipo validó la nueva estrategia híbrida. Para esta proteína, los investigadores utilizaron simulación por computadora para verificar cómo un intercambio de bloques de construcción de proteínas afectaría el color de la luz activadora. Los pronósticos se correspondieron con los valores medidos en experimentos. "Esta coincidencia muestra cuán confiable es nuestra estrategia, y también valida su aplicación para proteínas de las que no sabemos mucho, como la melanopsina, "dice el biofísico Dr. Stefan Tennigkeit.

    Nuevas variantes de melanopsina

    Con su estrategia, el grupo intercambió bloques de construcción de proteínas específicas en melanopsina, manipulando así el color de la luz para la activación de moléculas, sin perjudicar la función de las proteínas. El color claro que activa la versión habitual de melanopsina se superpone con el de muchas otras herramientas optogenéticas, por lo que no se pueden usar en combinación. "Estoy convencido de que será posible combinar esta nueva variante de melanopsina con otras herramientas optogenéticas en el futuro, para controlar procesos celulares complejos, "dice Stefan Herlitze.

    "A diferencia de los métodos tradicionales de ingeniería de proteínas basados ​​en prueba y error, nuestro enfoque ahorra mucho tiempo gracias a los pronósticos automatizados asistidos por computadora que se pueden calcular en varias computadoras al mismo tiempo, "concluye Klaus Gerwert.


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