16.09.2022 - University of Bristol

Una investigación pionera con bacterias acerca a los científicos a la creación de células artificiales con una funcionalidad similar a la vida.

Los científicos han aprovechado el potencial de las bacterias para ayudar a construir células sintéticas avanzadas que imitan la funcionalidad de la vida real

La investigación, dirigida por la Universidad de Bristol y publicada en Nature, supone un importante avance en el despliegue de células sintéticas, conocidas como protocélulas, para representar con mayor precisión las complejas composiciones, estructura y función de las células vivas.

Establecer la funcionalidad real de las protocélulas es un gran reto global que abarca múltiples campos, desde la biología sintética ascendente y la bioingeniería hasta la investigación del origen de la vida. Los intentos anteriores de modelar protocélulas mediante microcápsulas no han dado resultado, por lo que el equipo de investigadores recurrió a las bacterias para construir células sintéticas complejas mediante un proceso de ensamblaje de materiales vivos.

El profesor Stephen Mann, de la Facultad de Química de la Universidad de Bristol y del Centro Max Planck Bristol de Biología Mínima, junto con sus colegas, los doctores Can Xu, Nicolas Martin (actualmente en la Universidad de Burdeos) y Mei Li, del Centro Bristol de Investigación de la Protovida, han demostrado un enfoque para la construcción de protocélulas altamente complejas utilizando microgotas viscosas llenas de bacterias vivas como material de construcción microscópico.

En el primer paso, el equipo expuso las gotitas vacías a dos tipos de bacterias. Una población fue capturada espontáneamente dentro de las gotitas, mientras que la otra quedó atrapada en la superficie de las mismas.

A continuación, se destruyeron ambos tipos de bacterias, de modo que los componentes celulares liberados quedaron atrapados en el interior o en la superficie de las gotitas para producir protocélulas bacteriogénicas recubiertas de membrana que contienen miles de moléculas, piezas y maquinaria biológica.

Los investigadores descubrieron que las protocélulas eran capaces de producir moléculas ricas en energía (ATP) a través de la glucólisis y de sintetizar ARN y proteínas mediante la expresión génica in vitro, lo que indicaba que los componentes bacterianos heredados permanecían activos en las células sintéticas.

Para seguir comprobando la capacidad de esta técnica, el equipo empleó una serie de pasos químicos para remodelar estructural y morfológicamente las protocélulas bacteriógenas. El ADN bacteriano liberado se condensó en una estructura única similar a un núcleo, y el interior de la gota se infiltró con una red similar a un citoesqueleto de filamentos proteicos y vacuolas de agua delimitadas por una membrana.

Como paso hacia la construcción de una entidad celular sintética/viva, los investigadores implantaron bacterias vivas en las protocélulas para generar una producción de ATP autosostenible y una energización a largo plazo para la glucólisis, la expresión de genes y el ensamblaje del citoesqueleto. Curiosamente, las construcciones protovivientes adoptaron una morfología externa similar a la de las amebas debido al metabolismo y crecimiento bacteriano in situ para producir un sistema biónico celular con propiedades integradas similares a las de la vida.

El autor correspondiente, el profesor Stephen Mann, declaró: "Conseguir una alta complejidad organizativa y funcional en las células sintéticas es difícil, especialmente en condiciones de equilibrio. Es de esperar que nuestro enfoque bacteriogénico actual contribuya a aumentar la complejidad de los modelos actuales de protocélulas, facilite la integración de innumerables componentes biológicos y permita el desarrollo de sistemas citomiméticos energizados."

El primer autor, el Dr. Can Xu, investigador asociado de la Universidad de Bristol, añadió: "Nuestro enfoque de ensamblaje de materiales vivos ofrece una oportunidad para la construcción ascendente de construcciones de células vivas/sintéticas simbióticas. Por ejemplo, mediante el uso de bacterias manipuladas debería ser posible fabricar módulos complejos para su desarrollo en áreas de diagnóstico y terapéuticas de la biología sintética, así como en la biofabricación y la biotecnología en general."

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