Los recientes descubrimientos de dos equipos de investigación de las Escuelas de Ingeniería Ira A. Fulton de la Universidad Estatal de Arizona están avanzando en el campo de la biología sintética.

El profesor asistente Xiaojun Tian y el profesor asociado Xiao Wang llevaron a cabo una colaboración de un año con sus grupos de laboratorio en la Escuela de Ingeniería de Sistemas Biológicos y de Salud. una de las seis escuelas de Fulton. Los resultados de su nueva investigación sobre las formas en que los circuitos de genes modificados interactúan con las células huésped biológicas se han publicado esta semana en la revista científica. Biología química de la naturaleza .

La biología sintética aplica métodos de ingeniería para diseñar nuevas redes biológicas o rediseñar aspectos de sistemas biológicos existentes. Es un campo de estudio que emerge rápidamente, y se han logrado muchos avances importantes durante los últimos 20 años.

El trabajo inicial incluyó la creación de circuitos de genes sintéticos y su ubicación dentro de las células huésped naturales.

"Pero el concepto de circuito aquí es abstracto, ", Dice Wang." Imagine una secuencia de segmentos genéticos en los que el primero codifica o produce una proteína en particular. Esa proteína Sucesivamente, puede activar o inhibir la expresión o producción de proteínas de otro segmento en la secuencia genética. Si sigues ampliando esta idea, puedes imaginar que es como una red ".

Es esta cadena de influencia o inducción la que funciona como un circuito, en lugar de las conexiones físicas dentro de la secuencia genética. Sin embargo, La investigación anterior se ha centrado solo en los comportamientos de los propios circuitos genéticos diseñados, con poca atención al fondo o contexto representado por las células anfitrionas.

"Es difícil predecir cómo estas interacciones afectan las funciones de los circuitos genéticos diseñados, "Tian dice, "por no hablar de cómo controlarlos y hacer que los circuitos funcionen como se desee en un entorno complicado, entornos de la vida real ".

En efecto, estos circuitos de genes sintéticos generalmente funcionan solo en un entorno de laboratorio, no en condiciones más reales. Y esta limitación inhibe en gran medida la aplicación de circuitos genéticos diseñados en entornos clínicos.

Buscando hacer avanzar el campo en esa dirección práctica, la nueva investigación de Tian y Wang exploró la relación entre los circuitos de genes sintéticos y sus células huésped. Específicamente, examinaron el impacto de los circuitos de "memoria" implantados dentro de las células huésped, y la influencia de las topologías del circuito genético, "o la arquitectura de interconexiones entre componentes de circuitos, en relación con el crecimiento de la célula huésped.

En el contexto de este trabajo, la idea de memoria se relaciona con la continuación de la influencia o la inducción dentro de un circuito genético diseñado incluso con la ausencia de un estímulo.

"Piense en un interruptor de luz en su casa, "Dice Wang." La luz permanece encendida incluso cuando se quita el dedo del interruptor. Nos referimos a ese estado persistente como memoria ".

La nueva investigación de Tian y Wang reveló que las topologías de los circuitos de memoria están significativamente influenciadas por el comportamiento de la célula huésped.

"Verificamos que las influencias se intercambian entre el circuito genético y la célula huésped, "Tian dice." Es decir, el circuito impacta la célula huésped, que a cambio tiene un impacto en el circuito. Es como un bucle.

"Pero también demostramos que el impacto en la funcionalidad de un circuito depende de su topología, ", dice." Entonces, una topología de circuito muestra un mejor rendimiento que otros dentro de un entorno de host dinámico ".

Su descubrimiento que relaciona la topología del circuito con el impacto de una célula huésped en la función del circuito es el primero en el campo de la biología sintética. y amplía la comprensión científica significativa de estas complejas interacciones.

"Allana el camino para la construcción robusta, circuitos genéticos diseñados, ", Dice Tian." Estos podrían algún día mejorar las intervenciones contra la metástasis del cáncer, por ejemplo, al ralentizar la capacidad de las células cancerosas para traducir su desarrollo ".

El progreso de la investigación que Tian y Wang han publicado incluye examinar el impacto de agregar circuitos o módulos de genes sintéticos adicionales en las células huésped, lo que eleva sustancialmente el nivel de complejidad a medida que los módulos compiten por los recursos dentro del sistema celular.

Wang dice que la Escuela de Ingeniería de Sistemas Biológicos y de Salud dentro de las Escuelas de Fulton está particularmente bien ubicada para los descubrimientos en biología sintética.

"Tenemos una masa crítica de personas dedicadas que están estratégicamente invertidas en el avance de esta área de investigación a largo plazo, ", dice." Entonces, buscamos ser líderes en este campo ".