El mecanismo de la autoorganización molecular fue evaluado en un nuevo modelo por investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (MPIDS). En su estudio, simularon cómo factores ambientales como la temperatura influyen en el tamaño de las gotas de aceite en matrices elásticas. El estudio también ayudará a comprender la formación de gotas en las células biológicas, donde las moléculas biológicas se autoorganizan en condensados. El artículo completo fue publicado recientemente en la reconocida revista PNAS .

En biología, La regulación adecuada del interior de la célula es fundamental para garantizar el funcionamiento de los procesos biológicos. Todavía, Las células pueden ser estructuras muy complejas con varios miles de tipos diferentes de moléculas y millones de copias de proteínas. Para organizar esta vasta complejidad, Se requieren varios mecanismos para crear entornos subcelulares que proporcionen condiciones tanto definidas como dinámicas. Por ejemplo, Los orgánulos celulares permiten la segregación de entornos celulares debido a la demarcación a través de membranas. Sin embargo, también en la matriz celular abarrotada se requiere una organización estructurada de biomoléculas. Allí, los denominados condensados ​​biomoleculares con una composición molecular definida pueden formarse espontáneamente. Ejemplos destacados de este fenómeno incluyen gránulos de estrés y condensados ​​transcripcionales. Estos condensados ​​están rodeados por elementos estructurales elásticos en la celda, incluyendo el citoesqueleto y la cromatina en el núcleo. La pregunta es:¿cómo se ven afectados los condensados ​​por las estructuras elásticas y podría la célula utilizar esta interacción para ejercer control en el entorno celular dinámico?

Un modelo proporciona acceso al ámbito de la organización molecular.

Como en términos prácticos no es posible seguir la interacción detallada de millones de moléculas en una célula en tiempo real, los investigadores utilizan modelos que describen facetas individuales del fenómeno. "Estamos usando gotas de aceite para representar el material en el citosol y una malla de polímero para imitar el andamio biológico", explica Estefania Vidal-Henriquez, primer autor del estudio. "El desarrollo dinámico del tamaño de las gotas en determinadas condiciones nos da información sobre cómo se organizarían las moléculas biológicas en un entorno celular". El modelo describe la distribución de diferentes tamaños de gotas y su abundancia relativa. Es más, considera que la matriz circundante podría romperse, lo que se referiría a un reordenamiento del andamio biológico. Esto significa que los condensados ​​biomoleculares no están limitados por el tamaño de la malla de su entorno, pero son capaces de crecer más allá.

Separación de fases como mecanismo clave

Un concepto poderoso para explicar el crecimiento de tales condensados ​​es la separación de fases. Brevemente, dependiendo de las condiciones, dos sustancias se mezclarán o coexistirán separadas entre sí. Múltiples factores pueden influir en la separación de fases en biología, como el pH, concentración, o temperatura. En el modelo, los investigadores utilizaron una modulación de temperatura para investigar el efecto de la separación de fases y la formación de gotas. Bajando lentamente la temperatura del sistema, se observó una nucleación espontánea de gotitas de aceite, que iban creciendo con el tiempo al absorber el material que los rodeaba. Curiosamente, a una velocidad de enfriamiento más rápida más, pero se producen gotitas más pequeñas. Por eso, la velocidad a la que cambia un factor externo de influencia juega un papel crucial en la formación de la estructura.

"Con nuestro modelo, describimos cómo se puede disponer la composición molecular a microescala en una matriz elástica ", resume David Zwicker, autor principal del estudio y líder de grupo en el MPIDS. En cuanto al efecto de la modulación de temperatura, agrega que "esperamos un comportamiento similar para los condensados ​​biomoleculares que a menudo se forman como respuesta a los cambios de temperatura, pH o concentración de proteínas en las células ". El modelo proporciona la base para describir la formación de patrones microscópicos tanto en el contexto técnico como biológico.

La investigación fue publicada en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .