Las bacterias magnéticas podrían usarse pronto para la producción de nuevos biomateriales. Un equipo de microbiólogos de la Universidad de Bayreuth dirigido por el Prof. Dr. Dirk Schüler desarrolló un sistema modular para la reprogramación genética de bacterias, convirtiendo a los organismos en fábricas de célulaspara nanopartículas magnéticas multifuncionales que combinan varias funciones y propiedades útiles. Debido a sus excepcionales propiedades magnéticas y buena biocompatibilidad, estas nanopartículas podrían ser un nuevo material prometedor en el campo biomédico y biotecnológico. En la revista " pequeño "los científicos presentaron sus hallazgos.
desde magnetosomas hasta nanopartículas versátiles
Las bacterias magnéticas de la especie Magnetospirillum gryphiswaldense alinean su comportamiento de natación a lo largo del campo magnético de la Tierra. Dentro de las células, las nanopartículas magnéticas, los magnetosomas, están dispuestas en forma de cadena, formando así una aguja de compás intracelular. Cada magnetosoma consiste en unnúcleo de óxido de hierro magnético rodeado por una membrana. Además de los lípidos, esta membrana también contiene una variedad de proteínas diferentes. Los microbiólogos de la Universidad de Bayreuth ahora han logrado acoplar grupos funcionales bioquímicamente activos, que se originan a partir de varios organismos extraños,a estas proteínas. El método utilizado aquí comienza en la etapa de los genes responsables de la biosíntesis de las proteínas de membrana. Estos genes bacterianos se fusionan con genes extraños de otros organismos que controlan la producción de las proteínas funcionales respectivas.los genes se vuelven a integrar en el genoma, las bacterias reprogramadas producen magnetosomass que muestran estas proteínas extrañas instaladas permanentemente en la superficie de la partícula.
En el estudio, cuatro grupos funcionales diferentes es decir, proteínas extrañas se unieron a las proteínas de la membrana. Estas incluyen la enzima glucosa oxidasa de un hongo de moho, que ya se usa biotecnológicamente, por ejemplo, como un "sensor de azúcar" en las enfermedades de la diabetes.Además, una proteína verde fluorescente de una medusa y una enzima productora de colorante de la bacteria Escherichia coli, cuya actividad se puede medir fácilmente, se instalaron en la superficie de los magnetosomas. El cuarto grupo funcional es un fragmento de anticuerpo de un lamaAlpaca que se usó como un conector versátil. Por lo tanto, todas estas propiedades, incluida la magnífica magnetización de los magnetosomas, están genéticamente codificadas en la bacteria.
"Usando esta estrategia genética, reprogramamos las bacterias para producir magnetosomas que brillan en verde cuando se irradian con luz UV y al mismo tiempo muestran funciones biocatalíticas novedosas. Se pueden instalar con precisión varias funciones bioquímicas en sus superficies. De este modo, los magnetosomas de las bacterias vivasse transforman en nanopartículas multifuncionales con funciones y propiedades fascinantes. Además, las partículas permanecen completamente funcionales cuando se aíslan de la bacteria, lo que se puede realizar fácilmente aprovechando sus propiedades magnéticas inherentes ", dice el profesor Dirk Schüler, quien dirigió elequipo de investigación.
Un juego de herramientas genéticas para aplicaciones en biomedicina y biotecnología
La funcionalización de los magnetosomas de ninguna manera se limita a los grupos funcionales que fueron instalados en la superficie de las partículas por los microbiólogos de Bayreuth. En cambio, estas proteínas pueden reemplazarse fácilmente por otras funciones, proporcionando así una plataforma muy versátil. Por lo tanto, la reprogramación genéticaabre un amplio espectro para diseñar la superficie del magnetosoma. Proporciona la base para un "juego de herramientas genéticas" que permite la producción de nanopartículas magnéticas adaptadas, combinando diferentes funciones y propiedades útiles. Cada una de estas partículas tiene un tamaño de entre tres y cinco nanómetros.
"Nuestro enfoque de ingeniería genética es altamente selectivo y preciso, en comparación con, por ejemplo, las técnicas de acoplamiento químico que no son tan eficientes y carecen de este alto grado de control", explica el microbiólogo de Bayreuth, Dr. Frank Mickoleit, primer autor delestudio. Señala una ventaja decisiva de los nuevos biomateriales: "Estudios previos muestran que las nanopartículas magnéticas probablemente no son dañinas para los cultivos celulares. La buena biocompatibilidad es un requisito previo importante para la aplicación futura de las partículas en la biomedicina, por ejemplo, como agentes de contrasteen técnicas de imágenes magnéticas o como sensores magnéticos en diagnósticos. En el futuro, por ejemplo, partículas similares podrían ayudar a detectar y destruir células tumorales. Los sistemas de biorreactor son otro campo de aplicación. Las nanopartículas magnéticas equipadas con pequeños catalizadores serían muy adecuadas para este propósito.y permitir procesos bioquímicos complejos.
"Existe un enorme potencial de aplicación para nanopartículas que muestran diferentes grupos funcionales en la superficie, particularmente en los campos de la biotecnología y la biomedicina. Las bacterias magnéticas ahora pueden servir como una plataforma para un juego de nano-herramientas versátil, inspirando creatividad científica en el campode Biología Sintética. Iniciará otros enfoques de investigación interesantes ", agrega la microbióloga Clarissa Lanzloth B.Sc., quien participó en el nuevo estudio como coautora durante la realización de su tesis de maestría en" Bioquímica y Biología Molecular "en Bayreuth.
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Materiales proporcionado por Universität Bayreuth . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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