¿Qué criterios debe cumplir una célula creada sintéticamente para ser considerada viva? ¿Cuáles son los requisitos mínimos para las funciones individuales de dicha celda?

Preguntas como estas impulsan a Petra Schwille y su equipo en el Instituto Max Planck de Bioquímica. Ahora, los científicos han demostrado que solo se necesitan cinco bloques de construcción biológicos para generar estructuras similares a células que exhiben movimiento autónomo mientras consumen energía. El descubrimiento de estos pulsantes vencer a las vesículas fue una sorpresa, ya que inicialmente los científicos querían investigar procesos relacionados con la división celular. El estudio fue publicado en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .

La biología sintética se ha propuesto la tarea de imitar los sistemas biológicos, o incluso modificándolos de una manera que permita nuevas aplicaciones. Como tal, La función celular se puede reproducir en el tubo de ensayo y, por lo tanto, se puede comprender mejor. lo que puede conducir a avances tecnológicos. Los bloques de construcción moleculares utilizados son en su mayoría de origen biológico, pero los investigadores pueden imitar los mecanismos naturales o seguir nuevos enfoques.

A menudo, es parte de la biología sintética encerrar los bloques de construcción biológicos en contenedores microscópicamente pequeños para reproducir las condiciones en las células vivas. Los contenedores populares son las llamadas vesículas gigantes.

Estas estructuras en forma de burbuja consisten en una fina capa de lípidos que se asemeja a la membrana celular. Adicionalmente, comparten otras propiedades, p.ej. su tamaño (1-100 µm), con células vivas. Esto los convierte en un sistema modelo ideal en biología celular sintética.

Los científicos del Instituto de Bioquímica Max Planck ahora han encerrado dos proteínas diferentes y energía química en forma de ATP en las vesículas gigantes parecidas a células. Bajo el microscopio observaron que las estructuras comenzaron a moverse de forma independiente y periódica. En su publicación en, describen estas estructuras como "vesículas batidoras".

¿Cómo determina una célula su centro?

Las proteínas utilizadas para estos experimentos provienen de la bacteria intestinal Escherichia coli, que sirve como un sistema modelo importante en la investigación biológica. Estas bacterias tienen una forma alargada y se dividen exactamente en su centro. Para averiguar dónde está este centro, las bacterias en forma de bastón utilizan un mecanismo sofisticado:las proteínas MinD y MinE oscilan entre los dos extremos de la bacteria. La maquinaria de división celular es repelida por estas proteínas y se asienta lo más lejos posible de los extremos:justo en el centro de la célula.

Patrones de viaje

Ahora, Investigadores del Departamento de Biofísica Celular y Molecular del Instituto de Bioquímica Max Planck han logrado por primera vez encapsular estas proteínas oscilantes en vesículas gigantes. El equipo de Petra Schwille observó que las proteínas en las vesículas gigantes se mueven periódicamente y oscilan hacia adelante y hacia atrás, similar al comportamiento de las bacterias vivas.

En experimentos futuros, los investigadores planean encerrar más componentes en las vesículas. Esto podría permitir que las vesículas se dividan y, por tanto, se multipliquen. Sin embargo, los patrones de proteínas parpadeantes no fueron el único efecto que los científicos observaron bajo el microscopio:además, las vesículas se movían de forma autónoma y cambiaban de forma rítmica como pelotas de goma que rebotan.

Thomas Litschel, primer autor del estudio, explica que las observaciones fueron una sorpresa, ya que anteriormente no se sabía que un sistema tan simple, construido a partir de unos pocos bloques de construcción, podría conducir a deformaciones dinámicas de la membrana de esta extensión. "La mayoría de los fenómenos en los sistemas biológicos son mucho más complejos de lo que parecen. Aquí, finalmente, lo contrario es cierto:un comportamiento aparentemente complejo que consta de muy pocos módulos funcionales biológicos diferentes ", Petra Schwille resume los resultados.

Aunque el camino hacia las células producidas sintéticamente es largo, la reconstitución de funciones biológicas individuales agrega otro elemento al conjunto de herramientas biotecnológicas necesarias para lograr este objetivo. Cada paso en el camino hacia la célula sintética también mejora la comprensión de los procesos en los organismos existentes. De este modo, las "vesículas batientes" ayudan a los investigadores a estudiar los principios fundamentales de la vida.