Una toxina con un giro útil
Su trabajo abre la puerta a nuevas aplicaciones en tecnologías lab-on-a-chip, biosensores y prototipos de células artificiales
Investigadores de la red SNI han descubierto una nueva forma de fusionar vesículas lipídicas a pH neutro. Aprovechando un fragmento de la toxina diftérica, el equipo logró la fusión de la membrana de las vesículas sin necesidad de pretratamiento ni condiciones duras. Su trabajo, publicado recientemente en Communications Chemistry, abre la puerta a nuevas aplicaciones en tecnologías lab-on-a-chip, biosensores y prototipos de células artificiales.
Los aminoácidos específicos cargados positivamente del dominio de la toxina diftérica (puntos grises) se unen a membranas de vesículas cargadas negativamente (T-SVs - T-domain-associated smaller vesicles). A continuación, las vesículas se adhieren a una superficie de vidrio. Esto provoca una tensión asimétrica en la membrana (rojo). Cuando otras vesículas que flotan libremente en la solución se fusionan con una vesícula adherida, la tensión de la membrana se reduce y se forman vesículas más grandes (LV).
P. Jasko, University of Basel and PSI
Las vesículas lipídicas -esferas diminutas encerradas en membranas- son herramientas importantes en medicina y nanotecnología. Pueden transportar agentes farmacéuticos a células y tejidos específicos o contener agentes de contraste para exámenes diagnósticos. Por otra parte, pueden servir como versátiles bloques de construcción en biología sintética, donde la fusión controlada permite crear compartimentos más grandes que imitan la complejidad de las células vivas compartiendo y combinando sus contenidos.
Hay varias formas de fabricar vesículas más grandes, como la electroporación o la producción microfluídica. Otra estrategia atractiva, inspirada en la biología, es dejar que vesículas más pequeñas se fusionen en compartimentos mayores. La fusión es especialmente atractiva porque imita los procesos naturales y permite que los compartimentos crezcan y se conecten dinámicamente. Sin embargo, lograr una fusión de membranas bien controlada en el laboratorio, sobre todo sin pretratamiento de las vesículas, ha sido durante mucho tiempo un reto. Para allanar el camino a aplicaciones en el mundo real, los investigadores están estudiando el uso de proteínas específicas para controlar y dirigir la fusión de vesículas.
La toxina diftérica permite la fusión de membranas
Un equipo de investigación dirigido por la Prof. Dra. Cornelia Palivan, del Departamento de Química de la Universidad de Basilea, y el Dr. Richard A. Kammerer, del Instituto Paul Scherrer (PSI), ha logrado un gran avance en la fusión de membranas mediante proteínas en el laboratorio utilizando toxina diftérica.
"Una parte específica de la toxina diftérica, conocida como dominio T, puede inducir la fusión de membranas incluso a pH neutro, sin necesidad de funcionalizar las membranas de las vesículas durante su producción. Es algo único porque normalmente esta toxina funciona en condiciones ácidas en las células", explica Piotr Jasko, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en el Instituto Suizo de Nanociencia. "En nuestros experimentos, pudimos demostrar cómo la unión del dominio T de la toxina conduce a la fusión de la membrana sin comprometer su integridad", añade.
Los aminoácidos con carga positiva son críticos
Ciertos aminoácidos con carga positiva de la proteína de la difteria intervienen en la fusión a pH neutro. Los aminoácidos se unen a la membrana de la vesícula cargada negativamente y permiten la adsorción de las vesículas a una superficie de vidrio.
La tensión asimétrica resultante en la membrana es el desencadenante que luego conduce a la fusión de las partículas adheridas y las que flotan libremente, que va acompañada de una reducción de la tensión de la membrana. Las vesículas que no se adhieren a la placa de vidrio y flotan libremente en la solución no se fusionan entre sí.
"Dependiendo de la fuerza de la carga positiva en el dominio T o de la cantidad de lípidos cargados negativamente, la fusión produce muchas vesículas pequeñas o menos grandes, que en todos los casos conservan su forma esférica", explica Richard Kammerer.
"La fusión dirigida de membranas a pH neutro es de gran interés para nosotros porque puede utilizarse para numerosas aplicaciones. Proporciona la base para varias tecnologías lab-on-a-chip, biosensores y un posible uso con análogos sintéticos de liposomas - polimersomas para producir imitaciones celulares químicamente más avanzadas y estables", comenta Cornelia Palivan.
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