Nos estamos acercando al uso de la luz para ayudar a curar enfermedades. La clave es aprovechar el poder de las proteínas sensibles a la luz.

El laboratorio de Kerfeld estudia la proteína carotenoide naranja (OCP), exclusivo de las cianobacterias (anteriormente conocidas como algas verdeazuladas), que son organismos prodigiosamente productivos en la fotosíntesis.

El OCP y sus homólogos, proteger a las cianobacterias cuando están expuestas a demasiada luz solar, que de otro modo dañaría los sistemas fotosintéticos, y si es extremo, daña la propia célula.

Y así como la luz brillante desencadena la actividad de los OCP, los científicos quieren utilizar esa respuesta para activar la ingeniería, tecnologías sanitarias personalizadas.

Pero primero, necesitamos entender cómo funcionan OCP y sus parientes, según Sigal Lechno-Yossef, un postdoctorado en el laboratorio de Kerfeld.

En su último estudio, publicado en El diario de la planta , Sigal muestra cómo interactúan las dos partes del OCP cuando se separan. Ella también logra crear nuevos, OCP sintéticos al mezclar y combinar los componentes básicos de diferentes tipos de OCP que se encuentran en la naturaleza.

Revertir la evolución

En naturaleza, Las proteínas están formadas por un número limitado de dominios (piénselo como bloques de Lego) que se combinan de diferentes formas.

El OCP se compone de dos bloques, llamado dominio C-terminal y dominio N-terminal, atravesado por un pigmento carotenoide que atornilla las dos partes.

Asi es como ellos trabajan:

Sigal y sus colegas del Laboratorio Kerfeld sospechan que el OCP, como lo conocemos hoy, es el resultado de la unión de los antepasados ​​de los dos dominios, hace millones de años. En evolución, Los genes de las proteínas que trabajan en colaboración a veces se fusionan permanentemente en una sola, proteína más grande.

Sigal revirtió este evento evolutivo en el laboratorio, llámelo devolución. "Queríamos comprender mejor el proceso de evolución del OCP a partir de los homólogos de dominio que se encuentran actualmente en las cianobacterias, "Dice Sigal.

Los científicos rompieron el enlace carotenoide de conexión para dividir una proteína OCP. Luego, pusieron ambos dominios en un host de prueba para ver si se encontrarían y se conectarían de nuevo, básicamente volviendo sobre lo que creen que fue el proceso evolutivo.

"Sin carotenoides, las dos partes permanecieron separadas. Una vez que ponemos el carotenoide, se pegaron el uno al otro. Básicamente, creamos varias versiones sintéticas del OCP ".

Las reacciones sintéticas de OCP fueron similares a las de sus primos naturales en presencia de luz. Pero por alguna razón probablemente en los finos detalles de sus estructuras, sólo una de las versiones sintéticas volvió a juntarse en la oscuridad.

Como bonificación, a pesar de que los dos dominios OCP permanecieron separados sin el perno carotenoide, esa configuración arrojó algunas ideas interesantes.

"En el OCP, el dominio N-terminal se une al carotenoide con más fuerza, "Dice Sigal." Cuando aislamos los dominios, Encontramos eso, el dominio C-terminal, cuando solo, puede unirse al carotenoide ".

Las proteínas similares al dominio C-terminal están muy extendidas en las plantas, bacterias y algunos animales, que abre nuevas posibilidades para explorar aplicaciones de ingeniería en una variedad de organismos, más allá de las bacterias.

Usando la luz en biología sintética

Cheryl Kerfeld, investigador principal en el laboratorio de Kerfeld, cree que el conocimiento preciso de las estructuras de los distintos componentes básicos de OCP los hace especialmente aptos para la ingeniería.

El objetivo a largo plazo es utilizar el OCP y sus subcomponentes separados en nuevos sistemas sintéticos, específicamente optogénicos, una técnica desarrollada recientemente que utiliza la luz para controlar procesos en células vivas.

Optogenética, destacado en un artículo científico de 2010 sobre los avances de la década, "nos muestra cómo funciona el cerebro, como aprendemos, o cómo nos despertamos. Los científicos esperan que apuntar a células cerebrales específicas nos ayude a curar el Parkinson o el Alzheimer. incluso combatir enfermedades mentales.

Proteínas sensibles a la luz, similar al OCP, son clave para activar y controlar eventos en aplicaciones optogenéticas. Aunque el OCP aún no se ha probado en una aplicación optogenética específica, el laboratorio de Kerfeld cree que sus propiedades los hacen más útiles.

"Los OCP responden más rápido a la luz, en comparación con las proteínas sensibles a la luz actuales utilizadas en experimentos optogenéticos, "Sigal dice." También son muy flexibles en la forma en que se separan y vuelven a unirse. Son un gran candidato ".

Ella agrega, "Ahora que hemos demostrado que podemos hacer OCP híbridos artificiales, tenemos una gama más amplia de opciones ". Por ejemplo, si un paciente requiere múltiples dosis de medicamento, su ingesta podría controlarse con un OCP sintético que se ensambla y desmonta para controlar las dosis.

O, Los dominios OCP se pueden usar por separado, por ejemplo, como interruptor de la muerte para tratamientos que requieren dosis únicas, a diferencia de varios ciclos.

"Todavía estamos en la fase teórica de imaginar aplicaciones, pero no estamos lejos de donde podamos empezar a experimentar con sistemas sintéticos ".