Los investigadores de QUT han desarrollado un nuevo enfoque para diseñar interruptores moleculares de encendido y apagado basados en proteínas que pueden usarse en una multitud de aplicaciones biotecnológicas, biomédicas y de bioingeniería.
El equipo de investigación demostró que este novedoso enfoque les permite diseñar y construir pruebas de diagnóstico más rápidas y precisas para detectar enfermedades, monitorear la calidad del agua y detectar contaminantes ambientales.
El profesor Kirill Alexandrov, de la Escuela de Biología y Ciencias Ambientales de QUT, científico principal de la Alianza de Biología Sintética CSIRO-QUT e investigador del Centro de Excelencia en Biología Sintética ARC, dijo que la nueva técnica publicada en Nature Nanotechnology demostró que los interruptores de proteínas se pueden diseñar de forma predecible.
El profesor Alexandrov dijo que las pruebas de diagnóstico actualmente disponibles en el "punto de atención" que proporcionaban resultados inmediatos, como los kits de prueba de glucosa en sangre, embarazo y COVID, utilizaban sistemas de detección de proteínas para detectar la presencia de azúcar, hormonas del embarazo y proteínas COVID. P>
"Estos, sin embargo, representan sólo una pequeña fracción de lo que se necesita en un modelo de atención sanitaria centrado en el paciente", afirmó el profesor Alexandrov.
"Sin embargo, desarrollar nuevos sistemas de detección es un proceso de prueba y error desafiante y que requiere mucho tiempo".
"El nuevo método de 'nanointerruptor de proteínas' puede acelerar enormemente el desarrollo de diagnósticos similares al disminuir el tiempo y aumentar la tasa de éxito. Utiliza proteínas modificadas para comportarse como interruptores de encendido/apagado en respuesta a objetivos específicos".
"La ventaja de nuestro enfoque es que el sistema es modular, similar a construir con ladrillos Lego, por lo que se pueden reemplazar piezas fácilmente para apuntar a otra cosa:otro medicamento o un biomarcador médico, por ejemplo".
El profesor Alexandrov dijo que el método ofrecía la posibilidad de crear muchas pruebas diagnósticas y analíticas diferentes, con una amplia gama de aplicaciones posibles, incluido el diagnóstico en salud humana y animal, kits de prueba para la contaminación del agua y la detección de metales de tierras raras en muestras para dirigir los esfuerzos mineros.
El equipo de investigación multidisciplinario incluyó científicos de QUT y el Centro de Excelencia ARC en Biología Sintética, compuesto por el investigador principal, el profesor Kirill Alexandrov, el Dr. Zhong Guo, Cagla Ergun Ayva, Patricia Walden y la profesora adjunta Claudia Vickers.
El equipo de QUT colaboró con los destacados electroquímicos Evgeny Katz y Oleh Smutok de la Universidad Clarkson, en Nueva York, y el patólogo químico Dr. Jacobus Ungerer de Queensland Health.
Para demostrar la tecnología, el equipo se centró en un fármaco de quimioterapia contra el cáncer que es tóxico y requiere mediciones constantes para garantizar el bienestar del paciente.
"Una cantidad muy pequeña del fármaco no matará el cáncer, pero una cantidad excesiva podría matar al paciente", afirmó el profesor Alexandrov.
El sensor que el equipo diseñó para el fármaco utiliza un cambio de color para identificar y cuantificar el fármaco.
El profesor Alexandrov dijo que el siguiente paso era probar el sensor en los laboratorios de Queensland Health para obtener su aprobación para su uso en entornos clínicos.
"Es realmente emocionante, porque es la primera vez que un biosensor de proteínas diseñado artificialmente puede ser realmente adecuado para una aplicación de diagnóstico en la vida real", afirmó el profesor Alexandrov.
El Dr. Ungerer dijo que la tecnología de ingeniería de proteínas desarrollada por el equipo de investigación proporcionó un medio novedoso para crear pruebas de laboratorio.
"Esto tiene el potencial de mejorar y ampliar las pruebas de laboratorio, lo que resultará en beneficios económicos y de salud sustanciales", afirmó el Dr. Ungerer.
El Dr. Guo dijo que estos avances fueron posibles gracias a un equipo internacional e interdisciplinario y a un excelente trabajo en equipo.
El profesor Alexandrov dijo que el siguiente paso era adoptar este enfoque, estandarizarlo y ampliarlo, para luego comenzar a construir subsistemas más sofisticados. Dijo que hay dos direcciones futuras para el trabajo.
"Uno es desarrollar modelos informáticos que nos permitan diseñar y construir los interruptores de forma aún más rápida y precisa", afirmó.
"La otra es demostrar la escala y el potencial de la tecnología mediante la construcción de muchos interruptores para diferentes aplicaciones de diagnóstico".
El profesor Alexandrov dijo que el equipo estaba modificando proteínas existentes, pero que en el futuro podrían usar los mismos principios para desarrollar componentes que no existían y que se diseñarían desde cero.
"La nueva técnica proporciona a los científicos un control sin precedentes sobre la construcción de sistemas de detección basados en proteínas", afirmó.
El artículo 'Desarrollo de YES epistáticos y puertas lógicas de proteínas y su ensamblaje en cascadas de señalización' está publicado en Nature Nanotechnology .
Más información: Guo, Z. et al. Desarrollo de puertas lógicas de proteínas epistáticas SÍ y Y y su ensamblaje en cascadas de señalización, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01450-y. www.nature.com/articles/s41565-023-01450-y
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Queensland
