La bacteria E. coli, un residente muy común de los intestinos de las personas, tiene la forma de una varilla diminuta de unos 3 micrómetros de largo. Por primera vez, Los científicos del Instituto Kavli de Nanociencia de la Universidad de Delft han encontrado una manera de utilizar la nanotecnología para hacer crecer bacterias E. coli vivas en formas muy diferentes:cuadrados, triangulos, círculos e incluso como letras que deletrean "TU Delft". También lograron cultivar E. coli de gran tamaño con un volumen treinta veces mayor de lo normal. Estas bacterias vivas de formas extrañas permiten estudiar la distribución interna de proteínas y ADN de formas completamente nuevas.

En esta semana Nanotecnología de la naturaleza , los científicos describen cómo estas bacterias diseñadas a medida aún logran ubicar perfectamente "el medio de sí mismas" para su división celular. Se descubre que lo hacen utilizando proteínas que detectan la forma de la célula, basado en un principio matemático propuesto por el pionero de la informática Alan Turing en 1953.

División celular

"Si las células no se pueden dividir correctamente, la vida biológica no sería posible. Las células necesitan distribuir su volumen celular y material genético por igual en sus células hijas para proliferar ". dice el prof. Cees Dekker, "Es fascinante que incluso un organismo unicelular sepa cómo dividirse con mucha precisión. La distribución de ciertas proteínas en la célula es clave para regular esto, pero, ¿exactamente cómo logran eso esas proteínas? "

Turing

Como ejemplifica el trabajo del científico de Delft, la clave aquí es un proceso descubierto por el famoso Alan Turing en 1953. Aunque Turing es principalmente conocido por su papel en el descifrado de la máquina de codificación Enigma y la prueba de Turing, el impacto de su "teoría de la reacción-difusión" en la biología podría ser incluso más espectacular. Predijo cómo los patrones en el espacio y el tiempo emergen como resultado de solo dos interacciones moleculares, explicando, por ejemplo, cómo una cebra obtiene sus rayas, o cómo una mano embrionaria desarrolla cinco dedos.

MinD y MinE

Tal proceso de Turing también actúa con proteínas dentro de una sola célula, para regular la división celular. Una célula de E. coli utiliza dos tipos de proteínas, conocido como MinD y MinE, que se unen y se desatan una y otra vez en la superficie interna de la bacteria, oscilando así de un lado a otro de un polo a otro dentro de la bacteria cada minuto. "Esto da como resultado una concentración media baja de la proteína en el medio y concentraciones altas en los extremos, que impulsa la maquinaria de división al centro celular ", dice el estudiante de doctorado Fabai Wu, quién llevó a cabo los experimentos. "Como muestran nuestros experimentos, los patrones de Turing permiten que la bacteria determine sus ejes de simetría y su centro. Esto se aplica a muchas formas de células bacterianas que diseñamos a medida, como cuadrados, triángulos y rectángulos de muchos tamaños. Por diversión, incluso hicimos letras 'TUDelft' y 'TURING'. Usando simulaciones por computadora, descubrimos que las capacidades de detección de formas son causadas por interacciones simples de tipo Turing entre las proteínas ".

Control espacial para la construcción de células sintéticas

"Descubrir este proceso no solo es vital para nuestra comprensión de la división celular bacteriana, que es importante en el desarrollo de nuevas estrategias para los antibióticos. Pero el enfoque probablemente también será fructífero para descubrir cómo las células distribuyen otros sistemas vitales dentro de una célula". como los cromosomas ", dice Cees Dekker. "El objetivo final de nuestra investigación es poder construir completamente una célula viva a partir de componentes artificiales, ya que esa es la única forma de De Verdad entender cómo funciona la vida. Comprender la división celular, tanto el proceso que en realidad separa la célula en dos hijas como la parte que regula espacialmente esa maquinaria, es una parte importante de eso ".