Hornear un pastel desde cero es una tarea que muchos consideran difícil. Construir un sistema similar a una célula artificial desde cero, bueno, esa es otra historia.

"Sintetizar células desde cero es de fundamental importancia para comprender qué es la vida, "dijo el profesor Yohei Yokobayashi, líder de la Unidad de Ingeniería y Química de Ácidos Nucleicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST).

Los científicos de todo el mundo están comenzando a crear células artificiales simples que realizan algunas funciones biológicas básicas y que contienen pequeñas hebras de ADN o ARN. Sin embargo, conseguir que estos fragmentos de material genético expresen sus proteínas codificadas en respuesta a señales precisas ha sido un desafío.

Ahora, Yokobayashi y otros investigadores de OIST y la Universidad de Osaka han encontrado una forma de hacer que las células artificiales interactúen con una amplia gama de sustancias químicas. Desarrollaron un riboswitch, un interruptor genético que detecta señales químicas, que puede responder a la histamina, un compuesto químico que se produce naturalmente en el cuerpo. En presencia de este químico, el riboswitch activa un gen dentro de las células artificiales. Tal sistema, algún día podría utilizarse como una nueva forma de administrar la medicina, dijo Yokobayashi, un autor correspondiente en un estudio reciente en Revista de la Sociedad Química Estadounidense , que describe el enfoque.

"Queremos que las células liberen fármacos en función de su detección de histamina, ", Dijo Yokobayashi." El objetivo final es que las células de su intestino usen histamina como una señal para liberar la cantidad adecuada de medicamento para tratar una afección ".

Selección de señal

Los científicos eligieron la histamina como señal química para sus células artificiales porque es un compuesto biológico importante en el sistema inmunológico. Si siente picazón la histamina es el culpable probable. También es liberado por el cuerpo durante reacciones alérgicas y ayuda a defenderse de patógenos extraños al estimular la inflamación.

Para detectar histamina, crearon una molécula llamada aptámero de ARN. Los aptámeros de ARN son pequeños segmentos de bloques de construcción de ARN que pueden diseñarse para actuar como agentes de unión a moléculas diana específicas. Le tomó a Yokobayashi y sus colegas, ex postdoctorados de OIST Dr. Mohammed Dwidar y Dr. Shungo Kobori y OIST Ph.D. estudiante Charles Whitaker, dos años para crear un aptámero dirigido a la histamina.

Próximo, el equipo desarrolló un llamado riboswitch que convertiría esta detección de señal en acción, específicamente, traducir un gen para producir una proteína. Normalmente, las células producen proteínas cuando las plantillas hechas de ARN mensajero (ARNm) se unen a estructuras celulares llamadas ribosomas. Aquí, los científicos utilizaron el aptámero de histamina para diseñar un riboswitch que altera la forma del ARNm al unirse a la histamina. En ausencia de histamina, la forma del ARNm evita que el ribosoma se una, y no se produce proteína. ARNm unido a histamina, sin embargo, permite que el ribosoma se una y sintetice proteínas.

"Demostramos que los riboswitches se pueden usar para hacer que las células artificiales respondan a las señales y compuestos químicos deseados, "Dijo Yokobayashi.

El siguiente paso fue el resultado de una colaboración con el autor principal, el profesor Tomoaki Matsuura, y el estudiante graduado Yusuke Seike del Departamento de Biotecnología de la Universidad de Osaka. Matsuura y Seike pusieron el riboswitch libre de células creado por el equipo de Yokobayashi en vesículas lipídicas para crear células artificiales. El equipo de Osaka adjuntó el riboswitch a un gen que expresa una proteína fluorescente, de modo que cuando el riboswitch fue activado por histamina, el sistema brillaba. Luego, controlaban otra proteína mediante el riboswitch, una que forma poros a escala nanométrica en la membrana celular. Cuando el aptámero sintió histamina, un compuesto fluorescente encapsulado en las vesículas se liberó de las células a través de los poros, modelar cómo el sistema liberaría una droga.

Los científicos también crearon un "interruptor de muerte" que instruye a la célula a autodestruirse, creando un control para la tecnología.

La tecnología se encuentra en las primeras etapas de desarrollo. El siguiente paso es hacer que las células artificiales sean más sensibles a una cantidad menor de histamina. El uso médico puede ser en un futuro lejano, pero el potencial existe, dicen los científicos.