Los biofísicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich han demostrado que un fenómeno conocido como difusioforesis, que puede conducir a un transporte de partículas dirigido, puede ocurrir en sistemas biológicos.

Para realizar sus funciones biológicas, las células deben asegurarse de que sus programas logísticos se implementen sin problemas, de manera que las cargas moleculares necesarias se entreguen a sus destinos previstos a tiempo. La mayoría de los mecanismos de transporte conocidos en las células se basan en interacciones específicas entre la carga a transportar y las proteínas motoras consumidoras de energía que transportan la carga a su destino. Un grupo de investigadores dirigido por el físico de LMU Erwin Frey (presidente de Física Estadística y Biológica) y Petra Schwille del Instituto Max Planck de Bioquímica ha demostrado por primera vez que una forma de transporte dirigido de partículas puede tener lugar en las células. incluso en ausencia de motores moleculares. Es más, este mecanismo puede clasificar las partículas transportadas según su tamaño, como informa el equipo en el último número de Física de la naturaleza.

El estudio se centra en el sistema MinDE de la bacteria E. coli, que es un modelo establecido e importante para la formación de patrones biológicos. Las dos proteínas MinD y MinE oscilan entre los polos de la célula en forma de bastón y su interacción mutua en la membrana celular limita en última instancia el plano de división celular al centro de la célula. En este caso, los investigadores reconstruyeron el patrón que forma el sistema MinDE en el tubo de ensayo, utilizando las proteínas Min purificadas y membranas artificiales. Como se esperaba de experimentos anteriores, cuando la molécula rica en energía ATP se agregó a este sistema, las proteínas Min recapitularon el comportamiento oscilatorio observado en las células bacterianas. Más importante, los experimentadores continuaron demostrando que muchas clases diferentes de moléculas podrían quedar atrapadas en las ondas oscilatorias a medida que atravesaban las membranas, incluso moléculas que no tienen nada que ver con la formación de patrones y que no se encuentran en las células en absoluto.

Una máquina clasificadora para origami de ADN

Para analizar con mayor detalle el mecanismo de transporte, el equipo recurrió a cargamentos que consistían en origami de ADN, y se podría anclar a la membrana. Esta estrategia permite crear estructuras moleculares de diferentes tamaños y formas, basado en interacciones programables de emparejamiento de bases entre cadenas de ADN. "Estos experimentos mostraron que este modo de transporte depende del tamaño de la carga, y que MinD puede incluso clasificar estructuras en función de su tamaño, "dice Beatrice Ramm, un postdoctorado en el departamento de Petra Schwille y primer autor conjunto del nuevo estudio.

Con la ayuda de análisis teóricos, El grupo de Frey pasó a identificar el mecanismo de transporte subyacente como difusioforesis, el movimiento dirigido de partículas a lo largo de un gradiente de concentración. En el sistema Min, la fricción entre la carga y las proteínas Min en difusión es responsable del transporte de la carga. Por lo tanto, el factor crucial en este contexto no es un conjunto específico de interacciones bioquímicas, como en el caso del transporte a través de proteínas motoras en las células biológicas, sino los tamaños efectivos de las partículas involucradas. "Las partículas que se ven más afectadas por la fricción, debido a su gran tamaño, también se transportan más lejos; eso es lo que explica la clasificación según el tamaño, "dice Andriy Goychuk, también primer autor conjunto del artículo.

Con estos resultados, el equipo ha demostrado la participación de una forma de transporte puramente física (en oposición a una biológica) basada en la difusioforesis en un sistema de formación de patrones biológicos. "Este proceso es tan simple y fundamental que parece probable que también desempeñe un papel en otros procesos celulares, e incluso podría haber sido empleado en las primeras células en el origen de la vida, "dice Frey." Y en el futuro, También podría ser posible utilizarlo para colocar moléculas en sitios específicos dentro de células mínimas artificiales, " él añade.