Durante la división celular, se forma un anillo alrededor del ecuador celular, que se contrae para dividir la célula en dos células hijas. Junto con investigadores de Heidelberg, Dresde, Tubinga y Harvard, el profesor Jan Kierfeld y Lukas Weise del Departamento de Física de la Universidad TU Dortmund lograron por primera vez sintetizar un anillo contráctil de este tipo con la ayuda de la nanotecnología del ADN y descubrir su mecanismo de contracción. . Los resultados han sido publicados en Nature Communications .
En biología sintética, los investigadores intentan recrear mecanismos cruciales de la vida in vitro, como la división celular. El objetivo es poder sintetizar un mínimo de células. El equipo de investigación dirigido por la profesora Kerstin Göpfrich de la Universidad de Heidelberg ha reproducido sintéticamente anillos contráctiles para la división celular utilizando anillos poliméricos compuestos de nanotubos de ADN.
La formación de un anillo que constriñe y separa las células en división es un paso importante en la división celular natural. En la naturaleza, esto se logra mediante una maquinaria de proteínas:las proteínas motoras impulsadas por la energía química de la hidrólisis del ATP juntan un anillo de filamentos de la proteína actina. El trifosfato de adenosina, o ATP, es una molécula que se encuentra en todas las células vivas y suministra energía para numerosos procesos celulares.
El mecanismo de contracción de los anillos de ADN desarrollado por los investigadores ya no depende de proteínas motoras impulsadas por la hidrólisis de ATP. En cambio, la atracción molecular entre los segmentos de los anillos puede desencadenar la contracción de los anillos de polímero.
Esta atracción molecular se puede inducir de dos maneras:ya sea reticulando moléculas con dos extremos "pegajosos" que pueden conectar dos segmentos de polímero, o mediante la interacción de agotamiento, donde los polímeros están rodeados por moléculas "agrupadas" que presionan los segmentos entre sí. . Este mecanismo no consume energía química, lo que significa que no es necesario incorporar ninguna fuente de energía en la celda sintética para que el mecanismo funcione.
El profesor Jan Kierfeld, catedrático de Física Teórica, y el investigador doctoral Lukas Weise trabajan en el campo de la física biológica. Como parte de su trabajo de investigación, han desarrollado una descripción teórica y una simulación de dinámica molecular del mecanismo de contracción, que coinciden con los resultados experimentales de sus socios de investigación.
Para ello idearon métodos especiales para simular los anillos de ADN a escala realista. La teoría y la simulación permiten explicar cuantitativamente cómo se forman y contraen los anillos de polímero.
"Esto significa que no sólo podemos predecir si una mayor concentración de moléculas 'multiplicadoras' hará que el anillo sea más pequeño, sino también cuánto más pequeño", dice el profesor Kierfeld. De esta manera, es posible determinar cómo se puede controlar con precisión el diámetro del anillo de ADN, lo cual es muy importante para futuras aplicaciones de anillos contráctiles en biología sintética.
Los mecanismos de división celular son un paso importante hacia una célula artificial, cuya construcción facilita una mejor comprensión de los mecanismos funcionales de las células naturales y, por tanto, de los fundamentos de la vida.
Más información: Maja Illig et al, Contracción desencadenada de anillos de nanotubos de ADN autoensamblados a escala micrométrica, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46339-z
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad TU Dortmund
