Mientras trabaja para mejorar una herramienta que mide los empujes y tirones detectados por las proteínas en las células vivas, Los biofísicos de Johns Hopkins dicen que han descubierto una razón por la que la seda de las arañas es tan elástica:los trozos de los hilos de proteína de la seda actúan como supermuelles, estirándose hasta cinco veces su longitud inicial. Los investigadores dicen que la herramienta arrojará luz sobre muchos eventos biológicos, incluidas las fuerzas cambiantes entre las células durante la metástasis del cáncer.
"Todos los demás manantiales conocidos, biológicos y no biológicos, alargar de una manera que sea directamente proporcional a la fuerza que se les aplica solo hasta que se hayan estirado a aproximadamente el 20 por ciento de su longitud original, "señala Taekjip Ha, Doctor., el investigador principal del estudio. "En ese punto, hay que aplicar cada vez más fuerza para estirarlos a la misma distancia que antes. Pero la parte de la proteína de seda de araña en la que nos enfocamos continúa estirándose en proporción directa a la fuerza aplicada hasta que alcanza su estiramiento máximo del 500 por ciento ".
Los detalles de la investigación se publicaron en línea en la revista. Nano letras el 5 de febrero.
Decir ah, un profesor distinguido de Bloomberg de biofísica y química biofísica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, dice que el nuevo descubrimiento se produjo durante el seguimiento de la investigación que él y su equipo, luego en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, descrito en la revista Naturaleza en 2010, trabajo realizado en colaboración con biólogos celulares dirigido por Martin Schwartz, luego en la Universidad de Virginia.
El equipo de Virginia estableció esos experimentos insertando una secuencia de aminoácidos repetida, tomada de la proteína de seda de araña conocida como flageliforme, en una proteína humana llamada vinculina. La vinculina es responsable de internalizar las fuerzas externas a la célula al unir la membrana celular y la red de actina dentro de la célula. convirtiéndolo en un importante comunicador mecánico dentro de la célula.
Los científicos también flanquearon el inserto flageliforme en vinculina con dos proteínas fluorescentes para iluminar e "informar" lo que estaba sucediendo a través de la transferencia de energía de resonancia de fluorescencia. o FRET. FRET ocurre cuando una molécula fluorescente está lo suficientemente cerca de otra como para activar la segunda. Entonces, cuando la vinculina se relajó dentro de una célula, "brillaba" en amarillo, siendo activado el color de la segunda proteína fluorescente por la primera. Mientras vinculina se estiró, comenzó a brillar en azul, el color de la primera proteína fluorescente, porque la distancia cada vez mayor entre las dos hizo imposible la activación de FRET de la proteína amarilla.
Usando microscopía de fluorescencia regular, los científicos pudieron observar las fuerzas que actúan sobre la vinculina en células vivas en tiempo real. Pero quedaba una cuestión:cómo traducir los colores cambiantes en medidas de fuerza "detectadas" por vinculina.
Ahí es donde entró su equipo, dice Ha. Los investigadores unieron un extremo de vinculina modificada a una placa de vidrio y el otro a una correa hecha de ADN con una pequeña cuenta de plástico en el extremo. Luego tiraron de la cuenta con lo que Ha describe como "palillos hechos de luz, "enfocando un rayo de luz en un punto diminuto cercano y generando una fuerza atractiva que tiraba de la cuenta hacia la fuente de luz. De esa manera, Ha dice, sus investigadores podrían vincular la cantidad de FRET con la cantidad de fuerza sobre la vinculina, permitiéndoles medir las fuerzas dinámicas que actúan sobre las proteínas en las células vivas con solo obtener imágenes de ellas.
En ese estudio anterior, el equipo insertó 40 aminoácidos flageliformes en vinculina, compuesto por ocho repeticiones de la secuencia de aminoácidos GPGGA. En este nuevo estudio, los científicos querían aprender más sobre la herramienta flageliforme variando su longitud, por lo que crearon inserciones de cinco y 10 repeticiones para probar junto con la inserción original de ocho. Lo que encontraron es que el inserto más corto era el que mejor respondía al rango más amplio de fuerzas, respondiendo con aumentos lineales de longitud a fuerzas de 1 a 10 piconewtons. (Ha dice que 1 piconewton es aproximadamente el peso de una bacteria).
El equipo no esperaba que las inserciones de seda de araña mostraran un comportamiento tan lineal porque, según Ha, no forman bien definidos, estructuras tridimensionales. "Generalmente, las proteínas no estructuradas se muestran desordenadas, comportamiento no lineal cuando tiramos de ellos, "dice Ha." El hecho de que estos no actúen de esa manera significa que serán herramientas realmente útiles para estudiar la mecánica de las proteínas porque su comportamiento es fácil de entender y predecir ".
Ya, Ha dice, el inserto flageliforme de ocho repeticiones de la investigación anterior se ha utilizado para estudiar muchos fenómenos biológicos, incluidas las fuerzas de cambio entre las células durante la metástasis del cáncer y el empuje y tracción de las células durante el desarrollo de simples, organismos multicelulares, como gusanos.
"La tensión es importante para muchas actividades dentro de las células, "dice Ha." Las células detectan fuerzas mecánicas en sus entornos y, en respuesta, cambian sus comportamientos y funciones. Ahora tenemos una forma de observar y comprender estas fuerzas y cómo se transmiten a nivel molecular en las células vivas ".
