Los científicos han creado el primer interruptor de proteínas completamente artificial que puede funcionar dentro de las células vivas para modificar, o incluso controlar, los complejos circuitos internos de la célula.

El interruptor se denomina LOCKR, abreviatura de Latching, Jaula ortogonal / pRotein de llave.

Artículos complementarios publicados el 24 de julio en la revista Naturaleza describir el diseño de LOCKR y demostrar varias aplicaciones prácticas de la tecnología. El trabajo fue realizado por equipos de bioingeniería liderados por David Baker en el Instituto de Medicina de UW para el Diseño de Proteínas y Hana El-Samad en UC San Francisco.

Los científicos muestran que LOCKR se puede "programar" para modificar la expresión génica, redirigir el tráfico celular, degradar proteínas específicas, y controlar las interacciones de unión a proteínas. Los investigadores también utilizan LOCKR para construir nuevos circuitos biológicos que se comportan como sensores autónomos. Estos circuitos detectan señales del entorno interno o externo de la célula y responden realizando cambios en la célula. Esto es similar a la forma en que un termostato detecta la temperatura ambiente y dirige un sistema de calefacción o refrigeración para que se apague tan pronto como se alcanza la temperatura deseada.

Una vez ensamblado por una celda, estos nuevos interruptores miden solo ocho nanómetros en su lado más largo. Se necesitarían más de cien millones para cubrir el período al final de esta oración.

"La capacidad de controlar las células con proteínas de diseño marca el comienzo de una nueva era de la biología, "dijo El-Samad, el profesor de bioquímica y biofísica de la familia Kuo en UCSF y coautor principal de los informes. "De la misma manera que los circuitos integrados permitieron la explosión de la industria de los chips de computadora, Estos interruptores biológicos versátiles y dinámicos pronto podrían desbloquear un control preciso sobre el comportamiento de las células vivas y, por último, nuestra salud."

Al no tener contraparte en el mundo natural, LOCKR se distingue de todas las herramientas del sector biotecnológico, incluyendo tecnologías recientes como optogenética y CRISPR. Si bien sus predecesores fueron descubiertos en la naturaleza y luego rediseñados para su uso en laboratorios, industria, o medicina, LOCKR se encuentra entre las primeras herramientas biotecnológicas totalmente concebidas y construidas por humanos.

Los autores principales de los informes son Bobby Langan y Scott Boyken del UW Medicine Institute for Protein Design, y Andrew Ng del Programa de Posgrado en Bioingeniería de UC Berkeley-UCSF.

"Ahora, cada célula responde a su entorno, "dijo Langan." Las células reciben estímulos, luego tengo que averiguar qué hacer al respecto. Utilizan sistemas naturales para sintonizar la expresión génica o degradar proteínas, por ejemplo."

Langan y sus colegas se propusieron crear una nueva forma de interactuar con estos sistemas celulares. Utilizaron el diseño de proteínas computacionales para crear proteínas de autoensamblaje que presentan péptidos bioactivos solo tras la adición de "claves" moleculares específicas.

Con una versión de LOCKR instalada en levadura, el equipo pudo demostrar que el hongo modificado genéticamente podría degradar una proteína celular específica en el momento que eligieran los investigadores. Al rediseñar el interruptor, también demostraron el mismo efecto en células humanas cultivadas en laboratorio.

Para mantenerse sano, las células deben controlar estrictamente sus procesos bioquímicos. Actividad anormal en un solo gen, o acumulación de la proteína incorrecta, puede alterar el equilibrio de una célula. Esto podría provocar la muerte celular o incluso el cáncer. LOCKR ofrece a los científicos una nueva forma de interactuar con las células vivas. De ese modo, podría permitir una nueva ola de terapias para enfermedades tan diversas como el cáncer, trastornos autoinmunes y más.

"LOCKR abre un campo de posibilidades completamente nuevo para programar celdas, ", dijo Ng." Ahora estamos más limitados por nuestra imaginación y creatividad que por las proteínas que la naturaleza ha desarrollado ".