Una versión simplificada de una célula artificial produce proteínas funcionales e incluso las clasifica.
Durante años, científicos de todo el mundo han soñado con construir un funcional, célula artificial. Aunque esta visión sigue siendo una mancha distante en el horizonte, muchos están progresando en varios frentes. El profesor Roy Bar-Ziv y su equipo de investigación en el Departamento de Materiales e Interfaces del Instituto Weizmann dieron recientemente un paso significativo en esta dirección cuando crearon un sistema celular en un chip de vidrio. Este sistema, compuesto por algunas de las moléculas biológicas básicas que se encuentran en las células:ADN, ARN, proteínas - lleva a cabo una de las funciones centrales de una célula viva:expresión génica, el proceso por el cual la información almacenada en los genes se traduce en proteínas. Más que eso, permitió a los científicos, dirigido por el estudiante de investigación Yael Heyman, para obtener "instantáneas" de este proceso en resolución a nanoescala.
El sistema, que consiste en chips de vidrio que tienen solo ocho nanómetros de espesor, se basa en uno anterior diseñado en el laboratorio de Bar-Ziv por la Dra. Shirley Daube y el ex alumno Dr. Amnon Buxboim. Después de estar recubierto con una sustancia sensible a la luz, los chips se irradian con haces enfocados de luz ultravioleta, que permite que las moléculas biológicas se unan a la sustancia en las áreas irradiadas. De este modo, los científicos pudieron colocar con precisión moléculas de ADN que codifican una proteína marcada con un marcador fluorescente verde en un área del chip y anticuerpos que "atrapan" las proteínas coloreadas en un área contigua. Cuando observaron los chips bajo un microscopio de fluorescencia, el área en la que habían colocado los anticuerpos se volvió de un verde brillante. Esto significaba que las instrucciones de ADN se habían copiado en moléculas de ARN, que a su vez se tradujeron en proteínas verdes fluorescentes. Luego, las proteínas verdes fueron atrapadas por los anticuerpos.
Próximo, los científicos preguntaron si su sistema celular podría reproducir conjuntos estructurales complejos de proteínas de origen natural. Esta vez, adjuntaron un gen viral a la superficie de los chips que codifica una proteína que puede autoensamblarse en un nanotubo. Con la ayuda de la Dra. Sharon Wolf de la Unidad de Microscopía Electrónica, observaron un bosque de tubos minúsculos que brotaban del área del anticuerpo bajo un microscopio electrónico.
Luego, los investigadores buscaron una forma de producir y atrapar múltiples proteínas simultáneamente al confinar cada proteína en el área de su gen en el chip. En la parte superior del chip al que se unió el ADN que codifica las proteínas verdes, los científicos agregaron una solución con un segundo gen que codifica una proteína roja. Las proteínas rojas y verdes resultantes compitieron por unirse a las trampas de anticuerpos, produciendo una separación espacial graduada en la que los anticuerpos más cercanos a los genes verdes tenían la mayor concentración de proteína verde, con concentraciones rojas aumentando más lejos.
Los resultados de esta investigación aparecieron recientemente en Nanotecnología de la naturaleza .
Bar-Ziv:"Hemos demostrado que es posible construir una" línea de producción "de proteínas fuera de la célula y utilizarla para observar un espectro de actividades de las proteínas". En el futuro, tal sistema puede pasar de permitir la observación de proteínas a proporcionar la base de técnicas para crear complejos, estructuras proteicas activas bajo demanda.
