La compartimentación es una de las principales estrategias mediante las cuales la naturaleza permite el control de muchos procesos biológicos. Para el correcto funcionamiento de las células vivas, los orgánulos, pequeños compartimentos dentro de la célula, son esenciales. Los investigadores están trabajando en formas de hacer orgánulos artificiales que agreguen nuevas funcionalidades a las células o corrijan procesos disfuncionales en las células, por ejemplo, como terapia para enfermedades metabólicas. Esto se puede lograr mediante el uso de componentes sintéticos para producir orgánulos artificiales fuera de la célula o mediante el uso de componentes fabricados en la célula. Y es este último enfoque el que Suzanne Timmermans exploró para su Ph.D. investigación mediante el uso de nanopartículas de proteínas.

Estabilización de dominios

Para su Ph.D. investigación, Suzanne Timmermans usó nanopartículas de proteína para desarrollar orgánulos artificiales que podrían realizar nuevos trabajos en la célula. Estas partículas microscópicas están compuestas por cápsides virales (las cubiertas proteicas de los virus) a las que se les agregó un dominio proteico estabilizador.

Timmermans demostró que las nanopartículas son estables durante tiempos prolongados en condiciones comparables a las del interior de las células. Esto es crucial para el correcto funcionamiento de un orgánulo artificial, ya que sería muy destructivo si se desintegrara y perdiera su función dentro de la célula. Además, los dominios estabilizadores permiten que las nanopartículas reaccionen a su entorno cambiando su tamaño. Los procesos naturales en la célula a menudo demuestran este comportamiento de respuesta, por lo que es muy importante imitarlo.

Componente activo

Para tener una función particular en la célula, un orgánulo artificial debe contener un componente activo. Las enzimas son excelentes candidatas, ya que estas proteínas catalizadoras pueden ser producidas por las células, son naturalmente activas dentro de las células y se conocen muchas enzimas con todo tipo de funcionalidades.

Las nanopartículas de proteína utilizadas por Timmermans consisten en un núcleo vacío. Demostró que es factible encapsular enzimas en ese núcleo. Esto se logró tanto fuera de las células como dentro de las células vivas. Específicamente, este último hallazgo es muy prometedor para el desarrollo de un orgánulo artificial.

Efecto beneficioso sobre y dentro de las células

Finalmente, Timmermans evaluó si los orgánulos artificiales tienen un efecto beneficioso sobre y dentro de las células. Primero, empleó la actividad de las enzimas encapsuladas para la producción de un compuesto que la célula podría utilizar para producir una determinada proteína. A continuación, evaluó si la encapsulación dentro del orgánulo artificial podría proteger a la enzima de una rápida degradación por las denominadas proteasas. Este aspecto del proyecto resultó ser muy difícil de probar, y este proyecto aún está en desarrollo.

En conjunto, la investigación de Timmermans ha avanzado en el conocimiento sobre el desarrollo de orgánulos artificiales que se producen dentro de las células. Los desafíos importantes que aún deben superarse son la realización de la actividad de los orgánulos artificiales dentro de las células, la regulación de esta actividad por señales específicas y la detección de los orgánulos dentro de las células. Al colaborar con diferentes disciplinas científicas y emplear los desarrollos que se han hecho con otras nanopartículas de proteínas, Timmermans espera que estos obstáculos puedan superarse en el futuro. + Explora más

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