El interior de una celda viva es un lugar abarrotado, con proteínas y otras macromoléculas empaquetadas muy juntas. Un equipo de científicos de la Universidad Carnegie Mellon ha aproximado este apiñamiento molecular en un sistema celular artificial y ha descubierto que los espacios reducidos ayudan al proceso de expresión génica. especialmente cuando otras condiciones no son ideales.
Como informan los investigadores en una publicación avanzada en línea de la revista Nanotecnología de la naturaleza , Estos hallazgos pueden ayudar a explicar cómo las células se han adaptado al fenómeno del apiñamiento molecular. que se ha conservado a través de la evolución. Y esta comprensión puede guiar a los biólogos sintéticos a medida que desarrollan células artificiales que algún día podrían usarse para la administración de medicamentos. producción de biocombustibles y biosensores.
"Estos son pequeños pasos que estamos dando para aprender a fabricar células artificiales, "dijo Cheemeng Tan, un becario postdoctoral Lane y un becario Branco-Weiss en el Lane Center for Computational Biology, quien dirigió el estudio. La mayoría de los estudios de sistemas biológicos sintéticos actuales emplean química basada en soluciones, que no implica apiñamiento molecular. Los hallazgos del estudio de CMU y las lecciones de la evolución sugieren que los bioingenieros necesitarán construir aglomeraciones en células artificiales para que los circuitos genéticos sintéticos funcionen como lo harían en células reales.
El equipo de investigación que incluía a Russell Schwartz, profesor de ciencias biológicas; Philip LeDuc, profesor de ingeniería mecánica y ciencias biológicas; Marcel Bruchez, profesor de química; y Saumya Saurabh, un doctorado estudiante de química, desarrolló su sistema celular artificial utilizando componentes moleculares del bacteriófago T7, un virus que infecta bacterias que se utiliza a menudo como modelo en biología sintética.
Para imitar el entorno intracelular abarrotado, los investigadores utilizaron varias cantidades de polímeros inertes para medir los efectos de diferentes niveles de densidad.
Hacinamiento en una celda no es tan diferente de una multitud de personas, Dijo Tan. Si solo hay unas pocas personas en una habitación, es fácil para la gente mezclarse, o incluso aislarse. Pero en una habitación llena de gente donde es difícil moverse los individuos a menudo tienden a permanecer cerca unos de otros durante períodos prolongados. Lo mismo sucede en una celda. Si el espacio intracelular está abarrotado, aumenta la unión entre moléculas.
Notablemente, Los investigadores encontraron que los entornos densos también hacían que la transcripción de genes fuera menos sensible a los cambios ambientales. Cuando los investigadores alteraron las concentraciones de magnesio, amonio y espermidina, sustancias químicas que modulan la estabilidad y unión de macromoléculas, encontraron mayores perturbaciones de la expresión génica en entornos de baja densidad que en entornos de alta densidad.
"Los sistemas celulares artificiales tienen un enorme potencial para aplicaciones en la administración de fármacos, biorremediación y computación celular, ", Dijo Tan." Nuestros hallazgos subrayan cómo los científicos podrían aprovechar los mecanismos de funcionamiento de las células naturales en su beneficio para controlar estos sistemas celulares sintéticos, así como en sistemas híbridos que combinan materiales sintéticos y células naturales ".
