Un equipo dirigido por el profesor asociado Yutetsu Kuruma del Earth-Life Science Institute ELSI en el Instituto de Tecnología de Tokio ha construido células artificiales simples que pueden producir energía química que ayuda a sintetizar partes de las células. Este trabajo marca un hito importanteen la construcción de células artificiales completamente fotosintéticas, y puede arrojar luz sobre cómo las células primordiales usaron la luz solar como fuente de energía al principio de la historia de la vida.
Los científicos construyen células artificiales como modelos de células primitivas, así como para comprender cómo funcionan las células modernas. Muchos sistemas subcelulares ahora se han construido simplemente mezclando componentes celulares. Sin embargo, las células vivas reales construyen y organizan sus propios componentes.También ha sido un objetivo a largo plazo de la investigación para construir células artificiales que también puedan sintetizar sus propios componentes utilizando la energía disponible en el medio ambiente.
El equipo de Tokyo Tech combinó un sistema de síntesis de proteínas sin células, que consistía en varias macromoléculas biológicas recolectadas de células vivas, y pequeños agregados de proteínas y lípidos llamados proteoliposomas, que contenían las proteínas ATP sintasa y bacteriorrodopsina, también purificada de células vivas,dentro de vesículas sintéticas gigantes. La ATP sintasa es un complejo de proteínas biológicas que utiliza la diferencia de energía potencial entre el líquido dentro de una célula y el líquido en el ambiente de la célula para producir la molécula adenosina trifosfato ATP, que es la moneda energética de la célula.La bacteriorrodopsina es una proteína que recolecta la luz de microbios primitivos que usa energía de la luz para transportar iones de hidrógeno fuera de la célula, generando así una diferencia de energía potencial para ayudar a la ATP sintasa a funcionar. Por lo tanto, estas células artificiales podrían usar la luz para producir hidrógeno.gradiente de iones que ayudaría a hacer que las celdas de combustible utilicen para ejecutar sus sistemas subcelulares, incluida la fabricación de másproteína.
Tal como esperaban los científicos, el ATP fotosintetizado se consumió como sustrato para la transcripción, el proceso mediante el cual la biología produce ARN mensajero ARNm a partir del ADN, y como energía para la traducción, el proceso por el cual la biología produce proteínas a partir del ARNm.Al incluir también los genes para partes de la ATP sintasa y la bacteriorrodopsina de recolección de luz, estos procesos también eventualmente impulsan la síntesis de más bacteriorrodopsina y las proteínas constituyentes de la ATP sintasa, algunas copias de las cuales se incluyeron para "iniciar"proteoliposoma. Las partes de bacteriorrodopsina y ATP sintasa recién formadas se integraron espontáneamente en los orgánulos fotosintéticos artificiales y aumentaron aún más la actividad de fotosíntesis de ATP.
Como dice el profesor Kuruma "He estado tratando durante mucho tiempo de construir una célula artificial viva, especialmente enfocándome en las membranas. En este trabajo, nuestras células artificiales fueron envueltas en membranas lipídicas, y pequeñas estructuras de membrana fueron encapsuladas dentro de ellas.De esta manera, la membrana celular es el aspecto más importante de la formación de una célula, y quería mostrar la importancia de este punto en el estudio de la célula artificial y la retroalimentación en los orígenes de los estudios de la vida ".
Kuruma cree que el punto de mayor impacto de este trabajo es que las células artificiales pueden producir energía para sintetizar las partes de la célula en sí. Esto significa que las células artificiales podrían ser energéticamente independientes y entonces sería posible construirlas por sí mismas.células que sostienen, al igual que las células biológicas reales ". Lo más desafiante en este trabajo fue la fotosíntesis de la bacteriorrodopsina y las partes de la ATP sintasa, que son proteínas de membrana. Intentamos fotosintetizar una sintasa de ATP completa, que tiene 8 tipos de componentesproteínas, pero no pudimos debido a la baja productividad del sistema de síntesis de proteínas sin células. Pero, si se actualizó, podemos fotosintetizar las proteínas componentes de los 8 tipos completos ".
Sin embargo, este trabajo demuestra que un sistema biológicamente inspirado simple que incluye dos tipos de proteínas de membrana puede suministrar energía para impulsar la expresión génica dentro de un microcompartimento. Por lo tanto, las células primordiales que usan la luz solar como fuente de energía primaria podrían haber existido temprano en la evolución de la vidaantes de que surgieran las células autótrofas modernas. El equipo cree que los intentos de construir células artificiales vivas ayudarán a comprender la transición de la materia no viva a la viva que tuvo lugar en la Tierra primitiva y ayudarán a desarrollar dispositivos basados en la biología que pueden detectar la luz e impulsar reacciones bioquímicas.Estos sistemas celulares fotosintéticos artificiales también ayudan a allanar el camino para construir células artificiales energéticamente independientes.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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