Dentro de todas y cada una de las células vivas, hay estructuras minúsculas llamadas orgánulos sin membrana. Estas pequeñas potencias utilizan la química para indicar el funcionamiento interno de una célula:movimiento, división e incluso autodestrucción.

Una colaboración entre ingenieros de la Universidad de Princeton y la Universidad de Washington en St. Louis ha desarrollado una nueva forma de observar el funcionamiento interno y la estructura material de estos orgánulos de vital importancia. La investigación, publicado hoy en Química de la naturaleza , podría dar lugar a una gran cantidad de nuevas aplicaciones científicas, así como una mejor comprensión de enfermedades como el cáncer, Huntington y ELA.

"Son como pequeñas gotas de agua:fluyen, tienen todas las propiedades de un líquido, similar a las gotas de lluvia, "dijo Rohit Pappu, el Profesor Edwin H. Murty de Ingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington. "Sin embargo, estas gotitas están compuestas de proteínas que se juntan con moléculas de ARN (ribonucleico) ".

En el pasado, mirar dentro de los orgánulos ha resultado difícil, debido a su pequeño tamaño. Clifford Brangwynne, profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Princeton, y sus colaboradores, desarrolló una nueva técnica, llamada espectroscopia de correlación de fluorescencia de barrido ultrarrápido o usFCS, para obtener una evaluación de cerca de las concentraciones y probar la porosidad de facsímiles de orgánulos sin membrana. El enfoque utiliza ondas sonoras para controlar la capacidad de movimiento de un microscopio y luego obtener mediciones sin calibración de concentraciones dentro de orgánulos sin membrana.

En su investigación, Brangwynne y su equipo, incluidos los investigadores postdoctorales Ming-Tzo Wei y Shana Elbaum-Garfinkle, células usadas extraídas de una lombriz intestinal. Con usFCS, Pudieron medir las concentraciones de proteínas dentro de los orgánulos formados por la proteína específica, LAF-1. Esta proteína es responsable de producir p-gránulos, que son conjuntos de proteínas responsables de polarizar una célula antes de la división. Una vez que los investigadores de Princeton pudieron echar un vistazo claramente a los orgánulos y ver el LAF-1, lo que encontraron los sorprendió.

"Descubrimos que en lugar de ser gotas densamente empaquetadas, estos son de muy baja densidad, estructuras permeables, ", Dijo Brangwynne." No fue el resultado esperado ".

Fue entonces cuando Pappu de la Universidad de Washington y su asistente de investigación graduado Alex Holehouse intentaron dar sentido a los sorprendentes hallazgos del grupo de Princeton. El laboratorio de Pappu se especializa en física de polímeros y modelado de orgánulos sin membrana.

"Básicamente pudimos nadar dentro de los orgánulos para determinar cuánto espacio hay realmente disponible. Aunque esperábamos ver una piscina llena de gente, encontramos uno con mucho espacio, y agua. Estamos empezando a darnos cuenta de que estas gotas no serán todas iguales, "Dijo Pappu.

En el caso de los orgánulos LAF-1, Los investigadores encontraron que la formación de gotitas ultradiluidas se deriva de la información codificada en las regiones intrínsecamente desordenadas de estas secuencias de proteínas. Las características de esa secuencia aseguran que esta proteína sea una molécula muy flexible, más bien como espaguetis cocidos, que carece de la capacidad de plegarse en un específico, estructura bien definida. A diferencia de, en otros orgánulos formados por diferentes proteínas, las propiedades del material son más parecidas a las de la pasta de dientes o la salsa de tomate. Brangwynne y Pappu continúan colaborando para descubrir cómo diferentes secuencias de proteínas codifican la capacidad de formar gotas con propiedades materiales muy diferentes. Este trabajo tiene implicaciones directas para comprender las funciones biológicas de los orgánulos sin membrana y para comprender cómo los cambios en estas propiedades materiales dan lugar a enfermedades como la neurodegeneración o el cáncer.

“Hay una explosión de aplicaciones de ingeniería y transformaciones para la biología celular mecanicista que están en el horizonte. Estos avances serán accesibles a medida que aprendamos más sobre la base de estos orgánulos y cómo su secuencia de aminoácidos determina las propiedades y la función de los materiales. ", Dijo Pappu." Estos orgánulos están haciendo cosas notables dentro de las células, y una pregunta realmente interesante es:¿Cómo podemos imitarlos? "

Pappu dice que un día los investigadores podrían piratear los principios de diseño de los orgánulos para diseñar todo, desde laboratorios de química intracelular hasta pequeños vehículos de administración de fármacos y agentes de imagen. Aparte de las aplicaciones prácticas, También existen implicaciones potenciales para la comprensión y el diagnóstico de una gran cantidad de enfermedades.

"Es fundamental poder comprender cómo se pueden regular las funciones de estas gotitas, "Dijo Pappu." Si tenemos éxito, el impacto podría ser transformador:no es solo cáncer, es neurodegeneración, sobre los trastornos del desarrollo, e incluso los fundamentos de la biología celular ".