Los científicos de la Universidad de Rice han desarrollado interruptores de proteínas sintéticas para controlar el flujo de electrones.

La prueba de concepto, Las proteínas que contienen metales elaboradas en el laboratorio de Rice del biólogo sintético Joff Silberg se expresan dentro de las células tras la introducción de una sustancia química y son activadas funcionalmente por otra sustancia química. Si las proteínas se han colocado en la célula, simplemente se pueden encender y apagar.

"Esta no es una metáfora de un interruptor, es un interruptor eléctrico literal construido a partir de una proteína, "Dijo Silberg.

Las proteínas podrían facilitar la bioelectrónica de próxima generación, incluyendo circuitos biológicos completos dentro de las células que imitan a sus homólogos electrónicos. Las posibles aplicaciones incluyen sensores vivos, Vías metabólicas controladas electrónicamente para la síntesis química y píldoras activas que detectan su entorno y liberan fármacos solo cuando es necesario.

La obra aparece en Biología química de la naturaleza . "La biología es muy buena para detectar moléculas, "dijo Silberg, profesor de biociencias y bioingeniería. "Eso es algo asombroso. Piense en lo compleja que es la célula, y cómo evolucionan las proteínas que pueden responder a un solo aviso en un mar de información. Queremos aprovechar esa exquisita habilidad para construir biomoléculas más elaboradas y usarlas para desarrollar tecnologías útiles de biología sintética ".

El equipo de Rice se aprovecha de esas habilidades innatas. "Las proteínas naturales que mueven electrones actúan más o menos como cables que siempre están ahí, "dijo Systems, Sintético, y el estudiante graduado de Biología Física y autor principal Josh Atkinson. "Si podemos activar y desactivar estas vías, podemos hacer que las células funcionen de manera más eficiente ".

Los interruptores de metaloproteínas de Rice, llamados así por su contenido de hierro, son rápidos, Dijo Silberg. La naturaleza normalmente controla el flujo de electrones mediante el uso de mecanismos genéticos para controlar la producción de los "cables" de proteínas.

"Todo es transcripcional, ", dijo." Incluso en un crecimiento rápido E. coli bacterias se necesitan muchos minutos. Por el contrario, los interruptores de proteínas funcionan en una escala de tiempo de segundos ".

Para realizar el cambio, que utilizan en una vía sintética de transferencia de electrones, los investigadores necesitaban una proteína estable que pudiera dividirse de manera confiable a lo largo de su estructura peptídica para permitir la inserción de fragmentos de proteína que completen o rompan el circuito. Basaron el cambio en la ferredoxina, una proteína común de hierro-azufre que media la transferencia de electrones en todos los dominios de la vida.

Interruptores construidos por Atkinson integrados en E. coli que puede activarse en presencia (o desactivarse en ausencia) de 4-hidroxitamoxifeno, un modulador del receptor de estrógeno utilizado para combatir el cáncer de mama y otros cánceres, o por bisfenol A (BPA), un químico sintético utilizado en plásticos.

Su E. coli La bacteria es una cepa mutante que está programada para crecer solo en un medio sulfato cuando se expresan todos los componentes de la cadena de transporte de electrones de la ferredoxina, incluidas las proteínas aceptoras y donantes de electrones. De esa manera, las bacterias solo podrían crecer si los interruptores se encienden y transfieren electrones según lo planeado.

Silberg dijo que el descubrimiento debería conducir a interruptores de diseño personalizado para muchas aplicaciones, incluido el contacto con dispositivos electrónicos externos. "Es por eso que hemos estado tan entusiasmados con esta idea de la bioelectrónica, todo un campo que está surgiendo a medida que la biología sintética obtiene más control sobre el diseño, ", dijo." Una vez que pueda estandarizar esto, hay todo tipo de cosas que podemos construir con células ".

Eso podría incluir píldoras inteligentes que liberan medicamentos solo a pedido, o detectores de bioma intestinal que informan sobre las condiciones. O quizás circuitos eléctricos contenidos enteramente dentro de células.

"Ya podemos mapear gran parte de lo que hacen los ingenieros eléctricos con condensadores y resistencias en el metabolismo, pero hasta ahora no ha habido interruptores, "Dijo Silberg.

Sugirió que múltiples interruptores también podrían convertir una célula en un procesador biológico. "Entonces pudimos ver el procesamiento paralelo digital en la celda, ", dijo." Cambia la forma en que vemos la biología ".