Hornear un pastel desde cero es una tarea que se considera difícil para muchos. Construir un sistema artificial similar a una célula desde cero, bueno, esa es otra historia.
"Sintetizar células desde cero es de fundamental importancia para comprender lo que es la vida", dijo el profesor Yohei Yokobayashi, líder de la Unidad de Química e Ingeniería de Ácido Nucleico de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST.
Los científicos de todo el mundo están empezando a crear células artificiales simples que realizan algunas funciones biológicas básicas y que contienen pequeñas cadenas de ADN o ARN. Sin embargo, obtener estos fragmentos de material genético para expresar sus proteínas codificadas en respuesta a señales precisas ha sido undesafío.
Ahora, Yokobayashi y otros investigadores de OIST y la Universidad de Osaka han encontrado una manera de hacer que las células artificiales interactúen con una amplia gama de productos químicos. Desarrollaron un riboswitch, un interruptor genético que detecta señales químicas, que puede responder a la histamina,un compuesto químico que se produce naturalmente en el cuerpo. En presencia de este químico, el riboswitch activa un gen dentro de las células artificiales. Tal sistema, algún día, podría usarse como una nueva forma de administrar medicamentos, dijo Yokobayashi, unautor correspondiente en un estudio reciente en Revista de la Sociedad Americana de Química , que describe el enfoque.
"Queremos que las células liberen medicamentos en función de su detección de histamina", dijo Yokobayashi. "El objetivo final es que las células en su intestino usen histamina como una señal para liberar la cantidad adecuada de medicamento para tratar una afección".
selección de señal
Los científicos eligieron la histamina como señal química para sus células artificiales porque es un compuesto biológico importante en el sistema inmune. Si siente picazón, es probable que la histamina sea la responsable. También es liberada por el cuerpo durante las reacciones alérgicas y ayudadefenderse de patógenos extraños estimulando la inflamación.
Para detectar la histamina, crearon una molécula llamada aptámero de ARN. Los aptámeros de ARN son pequeños segmentos de bloques de construcción de ARN que pueden diseñarse para que actúen como agentes de unión a moléculas diana específicas. Tomó a Yokobayashi y sus colegas, ex doctorados de OIST Dr.Mohammed Dwidar y el Dr. Shungo Kobori y el estudiante de doctorado OIST Charles Whitaker, dos años para crear un aptámero dirigido a la histamina.
Luego, el equipo desarrolló un llamado riboswitch que convertiría esta detección de señal en acción, específicamente, traduciendo un gen para producir una proteína. Normalmente, las células producen proteínas cuando las plantillas hechas de ARN mensajero ARNm se unen a las estructuras celularesllamados ribosomas. Aquí, los científicos usaron el aptámero de histamina para diseñar un riboswitch que altera la forma del ARNm al unirse a la histamina. En ausencia de histamina, la forma del ARNm evita que el ribosoma se una y no se produce proteína. HistaminaSin embargo, el ARNm unido permite que el ribosoma se una y sintetice proteínas.
"Demostramos que los riboswitches pueden usarse para hacer que las células artificiales respondan a los compuestos químicos y señales deseados", dijo Yokobayashi.
El siguiente paso fue el resultado de una colaboración con el autor principal Prof. Tomoaki Matsuura y el estudiante graduado Yusuke Seike del Departamento de Biotecnología de la Universidad de Osaka. Matsuura y Seike colocaron el riboswitch sin células creado por el equipo de Yokobayashi en vesículas lipídicas para crear células artificiales.El equipo de Osaka conectó el riboswitch a un gen que expresaba una proteína fluorescente, de modo que cuando el riboswitch fue activado por la histamina, el sistema brilló. Luego, controlaron otra proteína por el riboswitch, uno que hace poros a escala nanométrica en la célula.membrana. Cuando el aptámero detectó histamina, un compuesto fluorescente encapsulado en las vesículas se liberó de las células a través de los poros, modelando cómo el sistema liberaría un medicamento.
Los científicos también crearon un 'interruptor de muerte', que instruye a la célula a autodestruirse, creando un control para la tecnología.
La tecnología se encuentra en las primeras etapas de desarrollo. El siguiente paso es hacer que las células artificiales sean más sensibles a una menor cantidad de histamina. El uso médico puede ser en un futuro lejano, pero existe el potencial, dicen los científicos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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