Investigadores del Instituto Max Planck de Biología y Genética Celular Molecular en Dresden y el Instituto Max-Planck de Coloides e Interfaces en Potsdam superaron un desafío de ingeniería al construir una célula sintética que puede encapsular reacciones bioquímicas fundamentales. También muestran que un sistema tan mínimo puede responder a los cambios en el entorno.
Las células constituyen los componentes básicos de la vida. Proporcionan un entorno distinto y dinámico para la organización de las moléculas y las reacciones necesarias para mantener la vida. Dentro de la célula hay innumerables moléculas que incluyen ADN, proteínas, azúcares y grasas (lípidos) que deben unirse de diferentes maneras. Para comprender cómo las células organizan todos estos componentes para funcionar en un entorno complejo, los científicos han estado construyendo células sintéticas con menos componentes para diseñar sistemas simples que imiten ciertos procesos celulares. Este campo de investigación de la biología sintética combina ingeniería y biología y se enfoca en tomar partes del sistema biológico natural y simplificarlo.
A pesar de muchos progresos en el campo de la biología sintética, construir sistemas dinámicos sigue siendo muy difícil. El equipo de investigación, financiado a través de la red MaxSynBio, compuesto por Dora Tang del Instituto Max Planck de Biología y Genética Celular Molecular en Dresde, en colaboración con Rumiana Dimova y Tom Robinson del Instituto Max-Planck de Coloides e Interfaces, ha construido una célula sintética que puede reaccionar a los cambios en el medio ambiente. Los investigadores construyeron un compartimento con una membrana que contiene un subcompartimento sin membrana en su interior. Este subcompartimento se puede montar y desmontar según los cambios en el medio ambiente.
Subcompartimentos receptivos
El desafío clave durante este proceso fue crear un subcompartimento a partir de moléculas que flotaban dentro de la célula sintética. Estas células fueron visualizadas por microscopía de fluorescencia. Celina Love, la primera autora del estudio, explica: “Al igual que nuestras papilas gustativas pueden permitirnos experimentar sabores salados o ácidos, los componentes dentro de una célula también pueden responder a la acidez de un ambiente. Descubrimos que al cambiar el pH del medio ambiente, podemos afectar el comportamiento de las moléculas que se unen y su capacidad para formar subcompartimentos. Fue especialmente emocionante ver cómo las reacciones químicas podían activarse y desactivarse cambiando la acidez dentro de la célula sintética”.
Dora Tang, la supervisora del estudio, ofrece una perspectiva: “Nuestro trabajo es un gran paso adelante en el diseño de células sintéticas más complejas que pueden imitar comportamientos biológicos. Este sistema sintético sintonizable presenta posibilidades interesantes para abordar cuestiones fundamentales en biología, como la forma en que las células integran una multitud y variedad de señales del entorno para realizar y sintonizar funciones celulares básicas como el metabolismo ". Con información del Instituto Max Planck