23.06.2022 - Universität Stuttgart

Un paso más hacia las células sintéticas

Introducción de citoesqueletos funcionales basados en el ADN en compartimentos de tamaño celular

La construcción de células sintéticas funcionales desde la base es un esfuerzo continuo de los 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 la comprensión de la naturaleza, así como para el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos. Los científicos del Instituto de Física 2 de la Universidad de Stuttgart y sus colegas del Instituto Max Planck de Investigación Médica han podido dar el siguiente paso hacia las células sintéticas. Introdujeron citoesqueletos funcionales basados en el ADN en compartimentos de tamaño celular. Los citoesqueletos son componentes esenciales de cada célula que controlan su forma, organización interna y otras funciones vitales como el transporte de moléculas entre las distintas partes de la célula. Al incorporar los citoesqueletos a las gotas sintéticas, los investigadores también mostraron funcionalidades como el transporte de moléculas o el ensamblaje y desensamblaje ante determinados desencadenantes. Los resultados se han publicado recientemente en Nature Chemistry.

El reto de imitar las funciones del citoesqueleto

El citoesqueleto es un componente crucial de cada célula y está formado por varias proteínas. Más allá 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 motilidad en respuesta a señales externas. Debido a su importancia en los sistemas naturales, poder imitar su funcionalidad también en una configuración artificial es un paso importante para construir y diseñar una célula sintética. Sin embargo, esto conlleva muchos retos debido a los diversos requisitos que se le exigen, entre ellos la estabilidad, así como la rápida adaptabilidad y reactividad a los desencadenantes.

Los investigadores del campo de la biología sintética han utilizado anteriormente la nanotecnología del ADN para recrear componentes celulares, como imitaciones de canales iónicos basadas en el ADN o enlaces entre células. Para ello, aprovechan el hecho de que el ADN puede programarse o diseñarse para autoensamblarse en una forma preestablecida mediante el apareamiento de bases complementarias.

Filamentos de ADN como citoesqueleto sintético

"Las estructuras sintéticas de ADN pueden permitir tareas muy específicas y programadas, así como posibilidades de diseño versátiles más allá de lo que ofrecen las herramientas definidas biológicamente. En especial, la organización estructural de las estructuras de ADN puede apartarse de sus homólogas naturales, e incluso superar el alcance de la funcionalidad de los sistemas naturales", afirma Laura Na Liu, catedrática del 2. Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart.

Además, investigadores como Paul Rothemund, Elisa Franco o Rebecca Schulman, ya habían conseguido ensamblar el ADN en filamentos a escala micrométrica, que constituyen la base de la construcción de un citoesqueleto. Desde entonces, se ha dotado a estos filamentos de diversas funciones, como el ensamblaje y desensamblaje ante una estimulación externa o dentro de un compartimento. Científicos de la Universidad de Stuttgart y del MPI para la Investigación Médica han dado ahora el siguiente paso para construir una célula artificial, utilizando los filamentos como citoesqueleto sintético y dotándolos de diversas funcionalidades.
"Es emocionante que también podamos activar el montaje del citoesqueleto de ADN con ATP, la misma molécula que las células utilizan para impulsar diferentes mecanismos", afirma Kerstin Göpfrich, jefa del grupo de investigación Max Planck en el MPI de Investigación Médica.

Acelerar el transporte de vesículas

Además, el equipo de científicos fue capaz de inducir el transporte de vesículas a lo largo de los filamentos utilizando el mecanismo de puente quemado introducido por Khalid Salaita. Esto imita el transporte de vesículas a lo largo de partes del citoesqueleto natural de las 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. Acelerarlo será un reto para el futuro", dice Kevin Jahnke, primer autor compartido del artículo y postdoc en el grupo de Kerstin Göpfrich en el MPIMR. Pengfei Zhan, postdoc del grupo dirigido por la profesora Laura Na Liu en Stuttgart, añade: "También fue un reto afinar los paisajes energéticos de las capacidades de montaje y desmontaje de los filamentos de la nanoestructura de ADN". En el futuro, será crucial funcionalizar aún más los filamentos de ADN para imitar aún mejor a las células naturales. De este modo, los investigadores podrían crear células sintéticas para estudiar con mayor detalle los mecanismos celulares o desarrollar nuevos enfoques terapéuticos.

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