Florian Praetorius y el Prof. Hendrik Dietz de la Universidad Técnica de Munich TUM han desarrollado un nuevo método que puede usarse para construir estructuras híbridas personalizadas usando ADN y proteínas. El método abre nuevas oportunidades para la investigación fundamental en biología celular y paraaplicaciones en biotecnología y medicina.
El ácido desoxirribonucleico, mejor conocido por su abreviatura ADN, lleva nuestra información genética. Pero para el profesor Hendrik Dietz y Florian Praetorius de TUM, el ADN también es un excelente material de construcción para nanoestructuras. El ADN plegable para crear formas tridimensionales utilizando una técnicaconocido como "origami de ADN" es un método establecido desde hace mucho tiempo en este contexto.
Pero este enfoque tiene límites, explica Dietz. El "trabajo de construcción" siempre se realiza fuera de los sistemas biológicos y muchos componentes deben sintetizarse químicamente ". Crear estructuras definidas por el usuario en tamaños del orden de 10 a 100 nanómetros en el interioruna célula sigue siendo un gran desafío ", agrega. Su técnica recientemente desarrollada ahora permite a los investigadores utilizar proteínas para plegar el ADN de doble cadena en las formas tridimensionales deseadas. Aquí, tanto el ADN como las proteínas requeridas pueden codificarse y producirse genéticamentedentro de las celdas.
Las proteínas actúan como grapas
Las "proteínas básicas" diseñadas basadas en los efectores TAL son la clave del método. Los efectores TAL son producidos en la naturaleza por ciertas bacterias que infectan las plantas y pueden unirse a secuencias específicas en el ADN de la planta, neutralizando así los mecanismos de defensa de la planta."Hemos construido variantes de las proteínas TAL que reconocen simultáneamente dos secuencias diana personalizadas en diferentes sitios en el ADN y luego básicamente las engrapan", dice Dietz. "Esta era exactamente la propiedad que necesitábamos: proteínas que pueden engrapar el ADN."
El segundo componente del sistema es una cadena doble de ADN que contiene múltiples secuencias de unión que pueden ser reconocidas y unidas por un conjunto de proteínas básicas diferentes. "En el caso más simple, se puede crear un bucle uniendo dos puntos entre sí".Praetorius explica: "Cuando existen varios de estos sitios de unión en el ADN, es posible construir formas más complejas". Por lo tanto, un aspecto esencial del trabajo del investigador fue determinar un conjunto de reglas para organizar las proteínas básicas y cómo distribuir la unión.secuencias en la doble cadena de ADN para crear la forma deseada.
Nuevas herramientas para la investigación fundamental
Además, las proteínas básicas sirven como puntos de anclaje para proteínas adicionales: un método conocido como fusión genética se puede utilizar para unir cualquier dominio de proteína funcional deseado. Las estructuras híbridas hechas de ADN y proteínas funcionan como un marco tridimensionalque puede colocar los otros dominios de proteínas en una posición espacial particular. Todos los bloques de construcción para las estructuras híbridas de proteínas de ADN pueden ser producidos por la célula misma y luego ensamblarse de forma autónoma. Los investigadores pudieron producir los híbridos en entornos que se asemejan a las células a partir deinformación genética. "Hay una probabilidad bastante alta de que esto también funcione en las células reales", dice Dietz.
El nuevo método allana el camino para controlar la disposición espacial de las moléculas en los sistemas vivos, lo que permite explorar procesos fundamentales. Por ejemplo, se supone que la disposición espacial del genoma tiene una influencia sustancial sobre qué genes pueden leerse y qué tan eficientesel proceso de lectura es. La creación intencional de bucles utilizando estructuras híbridas TAL-ADN en el ADN genómico puede proporcionar una herramienta para investigar tales procesos.
También sería posible posicionar geométricamente una serie de proteínas dentro y fuera de la célula de manera personalizada para investigar la influencia de la proximidad espacial, por ejemplo, en el procesamiento de información en la célula. La proximidad espacial de ciertas enzimas también podría hacer procesosen biotecnología más eficiente. Por último, también sería concebible utilizar estructuras híbridas de proteína-ADN, por ejemplo, para estimular mejor la respuesta inmune de las células, que puede depender de la disposición geométrica precisa de múltiples antígenos.
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Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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