Otro paso hacia las células sintéticas

Otro paso hacia las células sintéticas


21 de junio de 2022

(Noticias de Nanowerk) Construir células sintéticas funcionales de abajo hacia arriba es un esfuerzo continuo de científicos de todo el mundo. Su uso en el estudio de los mecanismos celulares en un entorno altamente controlado y predefinido crea un gran valor para comprender la naturaleza, así como para desarrollar nuevos enfoques terapéuticos.

Científicos del 2º Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart y colegas del Instituto Max Planck de Investigación Médica han dado ahora el siguiente paso en la dirección de las células sintéticas. Introdujeron citoesqueletos funcionales basados ​​en ADN en compartimentos del tamaño de una célula.

Los citoesqueletos son componentes esenciales de cada célula que controlan su forma, organización interna y otras funciones vitales, como el transporte de moléculas entre diferentes partes de la célula.

Al incorporar los citoesqueletos en las gotas sintéticas, los investigadores también demostraron funcionalidades como el transporte de moléculas o el ensamblaje y desensamblaje en respuesta a desencadenantes específicos.

Los resultados fueron publicados recientemente en química natural («Citoesqueletos funcionales basados ​​en ADN para células sintéticas»). Imitaciones basadas en ADN de filamentos de citoesqueleto para ensamblaje reversible y transporte de carga Imitaciones basadas en ADN de filamentos de citoesqueleto para ensamblaje reversible y transporte de carga. (Imagen: Universidad de Stuttgart e Instituto Max Planck de Investigación Médica)

Desafío para imitar las funciones del citoesqueleto

El citoesqueleto es una parte crucial de cada célula y está formado por diferentes proteínas. Además de la función básica de dar forma a la célula, es esencial para muchos procesos celulares como la división celular, el transporte intracelular de diversas moléculas o la movilidad en respuesta a señales externas. Debido a su importancia en los sistemas naturales, la capacidad de imitar su funcionalidad en una configuración artificial es un paso importante en la construcción y diseño de una celda sintética. Sin embargo, presenta muchos desafíos debido a los diferentes requisitos, incluida la estabilidad, así como la rápida adaptabilidad y capacidad de respuesta a los desencadenantes.

Los investigadores de biología sintética han utilizado previamente la nanotecnología del ADN para imitar componentes celulares, como imitadores de canales iónicos basados ​​en ADN o enlazadores célula-célula. Para hacer esto, aprovechan el hecho de que el ADN se puede programar o diseñar para ensamblarse a sí mismo en una forma planificada previamente a través del emparejamiento de bases complementarias.

Filamentos de ADN como citoesqueleto sintético

“Las estructuras de ADN sintético pueden permitir tareas altamente específicas y programadas y posibilidades de diseño versátiles más allá de lo que está disponible en las herramientas definidas biológicamente. En particular, la organización estructural de las estructuras de ADN puede desviarse de sus contrapartes naturales y posiblemente incluso superar el alcance funcional de los sistemas naturales», dice Laura Na Liu, profesora del 2º Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart.

Además, investigadores como Paul Rothemund, Elisa Franco o Rebecca Schulman ya habían logrado ensamblar ADN en filamentos del tamaño de un micrómetro que forman la base para la construcción de un citoesqueleto. Desde entonces, estos filamentos han sido dotados de diversas funciones, como el montaje y desmontaje cuando se estimulan externamente o en un compartimento.

Científicos de la Universidad de Stuttgart y el MPI para la Investigación Médica ahora han dado el siguiente paso hacia la construcción de una célula artificial utilizando los filamentos como un citoesqueleto sintético y dándoles una variedad de funciones.

«Es emocionante que también podamos desencadenar el ensamblaje del citoesqueleto de ADN con ATP, la misma molécula que usan las células para impulsar varios mecanismos», dice Kerstin Göpfrich, líder del grupo de investigación Max Planck en el MPI para investigación médica. Transporte de vesículas a lo largo de imitaciones basadas en ADN de filamentos del citoesqueleto dentro de un recinto del tamaño de una célula Transporte de vesículas a lo largo de imitaciones basadas en ADN de filamentos del citoesqueleto dentro de un recinto del tamaño de una célula. (Imagen: Universidad de Stuttgart e Instituto Max Planck de Investigación Médica)

Aceleración del transporte de vesículas.

Además, utilizando el mecanismo de puente quemado introducido por Khalid Salaita, el equipo de científicos pudo inducir el transporte de vesículas a lo largo de los filamentos. Esto imita el transporte de vesículas a lo largo de partes del citoesqueleto natural en células llamadas microtúbulos.

“En comparación con el transporte en las células vivas, el transporte a lo largo de nuestros filamentos de ADN sigue siendo lento. Acelerarlos será un desafío para el futuro”, dice Kevin Jahnke, primer autor conjunto del artículo y postdoctorado en el grupo de Kerstin Göpfrich en el MPIMR.

Pengfei Zhan, postdoctorado en el grupo de la profesora Laura Na Liu en Stuttgart, agrega: «También fue un desafío ajustar los paisajes energéticos de las capacidades de ensamblaje y desensamblaje de la nanoestructura de ADN de los filamentos».

En el futuro, será crucial una mayor funcionalización de los filamentos de ADN para imitar aún mejor a las células naturales. Esto permitiría a los investigadores producir células sintéticas para examinar más de cerca los mecanismos celulares o desarrollar nuevos enfoques terapéuticos.



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