Florian Praetorius y el profesor Hendrik Dietz de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado un nuevo método que se puede utilizar para construir estructuras híbridas personalizadas utilizando ADN y proteínas. El método abre nuevas oportunidades para la investigación fundamental en biología celular y para aplicaciones en biotecnología y medicina.

Ácido desoxirribonucleico, más conocido por su abreviatura ADN, lleva nuestra información genética. Pero al profesor Hendrik Dietz y Florian Praetorius de TUM, El ADN también es un excelente material de construcción para nanoestructuras. Doblar el ADN para crear formas tridimensionales utilizando una técnica conocida como "origami de ADN" es un método establecido desde hace mucho tiempo en este contexto.

Pero hay límites para este enfoque, explica Dietz. El "trabajo de construcción" siempre tiene lugar fuera de los sistemas biológicos y muchos componentes deben sintetizarse químicamente. "Crear estructuras definidas por el usuario en tamaños del orden de 10 a 100 nanómetros dentro de una celda sigue siendo un gran desafío, ", agrega. Su técnica recientemente desarrollada ahora permite a los investigadores usar proteínas para doblar el ADN de doble hebra en las formas tridimensionales deseadas. Aquí, tanto el ADN como las proteínas necesarias pueden codificarse genéticamente y producirse dentro de las células.

Las proteínas actúan como alimentos básicos

Las "proteínas básicas" diseñadas basadas en efectores de TAL son la clave del método. Los efectores de TAL son producidos en la naturaleza por ciertas bacterias que infectan las plantas y pueden unirse a secuencias específicas en el ADN de la planta. neutralizando así los mecanismos de defensa de la planta. "Hemos construido variantes de las proteínas TAL que reconocen simultáneamente dos secuencias objetivo personalizadas en diferentes sitios del ADN y luego, básicamente, las grapan juntas, ", dice Dietz." Esta era exactamente la propiedad que necesitábamos:proteínas que pueden engrapar el ADN ".

El segundo componente del sistema es una doble hebra de ADN que contiene múltiples secuencias de unión que pueden ser reconocidas y unidas por un conjunto de diferentes proteínas básicas. "En el caso más simple, se puede crear un bucle vinculando dos puntos entre sí, "Explica Praetorius." Cuando varios de estos sitios de unión existen en el ADN, es posible construir formas más complejas ”. Por lo tanto, un aspecto esencial del trabajo del investigador fue determinar un conjunto de reglas para ordenar las proteínas básicas y cómo distribuir las secuencias de unión en la doble hebra de ADN para crear la forma deseada.

Nuevas herramientas para la investigación fundamental

Y lo que es más, las proteínas básicas sirven como puntos de anclaje para proteínas adicionales:se puede utilizar un método denominado fusión genética para unir cualquier dominio proteico funcional deseado. Las estructuras híbridas hechas de ADN y proteínas funcionan entonces como un marco tridimensional que puede colocar los otros dominios de proteínas en una posición espacial particular. Todos los componentes básicos de las estructuras híbridas de proteínas de ADN pueden ser producidos por la propia célula y luego ensamblarse de forma autónoma. Los investigadores pudieron producir los híbridos en entornos que se asemejan a las células a partir de información genética. "Existe una probabilidad bastante alta de que esto también funcione en células reales, "dice Dietz.

El nuevo método allana el camino para controlar la disposición espacial de las moléculas en los sistemas vivos, lo que permite sondear procesos fundamentales. Por ejemplo, se supone que la disposición espacial del genoma tiene una influencia sustancial sobre qué genes se pueden leer y qué tan eficiente es el proceso de lectura. La creación intencional de bucles utilizando estructuras híbridas de TAL-ADN en el ADN genómico puede proporcionar una herramienta para investigar dichos procesos.

También sería posible colocar geométricamente una serie de proteínas dentro y fuera de la célula de forma personalizada para investigar la influencia de la proximidad espacial, por ejemplo, en el procesamiento de la información en la célula. La proximidad espacial de ciertas enzimas también podría hacer que los procesos en biotecnología sean más eficientes. Finalmente, También sería concebible utilizar estructuras híbridas proteína-ADN, por ejemplo, para estimular mejor la respuesta inmune de las células. que puede depender de la disposición geométrica precisa de múltiples antígenos.

El estudio se publica en revista Ciencias hoy dia.