Utilizando proteínas y ARN, los científicos han creado bolsas huecas y esféricas conocidas como vesículas.
Estas entidades tipo burbuja, que se forman espontáneamente cuando se mezclan proteínas específicas y moléculas de ARN en una solución tampón acuosa, tienen potencial como compartimentos de almacenamiento biológico. Podrían servir como una alternativa a las vesículas tradicionales que están hechas de insoluble en aguaLos investigadores dicen que los compuestos orgánicos llamados lípidos
"Nuestro descubrimiento tiene implicaciones generalizadas, desde la comprensión de la biología celular básica hasta la habilitación de posibles aplicaciones biotecnológicas, como la entrega dirigida de medicamentos o la liberación de pesticidas", dice Priya Banerjee, PhD, profesora asistente de física en la Universidad de Buffalo College of Arts and Sciences"Estas esferas huecas se ven y se comportan como las vesículas lipídicas clásicas que las personas han estado utilizando en aplicaciones de bioingeniería durante muchos años, con una excepción importante: no están formadas por lípidos".
"Debido a la estructura hueca que se asemeja a las vesículas lipídicas, uno puede imaginar una aplicación potencialmente emocionante donde las vesículas de proteína-ARN se envían a las células para llevar a cabo misiones de rescate mediante la liberación de biomoléculas o el cambio del entorno subcelular local", dice Davit Potoyan, PhD,profesor asistente de química en la Universidad Estatal de Iowa. "Otra razón para entusiasmarse es que estas vesículas se forman espontáneamente a partir de proteínas y ácidos nucleicos naturales, lo que puede ayudar a evitar problemas de toxicidad que podrían verse en otros polímeros diseñados para imitar las vesículas lipídicas"
Los hallazgos se publicaron el 22 de junio en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Banerjee y Potoyan lideraron el proyecto, junto con Ibraheem Alshareedah, un estudiante de doctorado en física de la UB, y Mahdi Muhammad Moosa, PhD, un estudiante postdoctoral de física de la UB, que realizó los experimentos; y Muralikrishna Raju, PhD, un estudiante postdoctoral de química del estado de Iowaquien realizó simulaciones por computadora.
Para hacer las vesículas del tamaño de micras, los científicos mezclaron proteínas catiónicas naturales con ARN en una solución tampón acuosa. En algunas concentraciones, las moléculas de proteína y ARN se agruparon para producir gotas líquidas, similares a gotas de aceite flotando en el agua. Peroa otras concentraciones, la proteína y el ARN se unieron para formar vesículas con forma de burbuja.
Como parte de la investigación, el equipo también trazó un mapa de las condiciones bajo las cuales se forma cada tipo de estructura. Los experimentos y simulaciones mostraron que los complejos de proteína-ARN se fusionan espontáneamente y se mantienen unidos debido a la débil atracción electrostática, las interacciones repulsivas y la entropía en cadenaLos investigadores dicen que un delicado equilibrio de estas fuerzas determina si se formarán gotas líquidas o vesículas huecas.
"Argumentamos que hay una compensación entre estas fuerzas", dice Banerjee. "Cuando tienes demasiada repulsión, las moléculas de proteína y ARN permanecen separadas. Pero cuando equilibras estas fuerzas intrincadas, ves una estabilización de estas diferentes estructuras, gotas de líquido o condensados huecos "
Después de descubrir el principio de cómo se forman las vesículas, el equipo creó gotitas huecas similares utilizando otros bloques de construcción, como polipéptidos diseñados y polímeros sintéticos, lo que demuestra que los hallazgos podrían tener amplias aplicaciones.
"También observamos que se pueden formar vesículas sin lípidos similares con muchas proteínas y miméticos de ARN", dice Moosa. "La capacidad de elegir entre un gran grupo de miméticos permitirá la aplicación biotecnológica personalizable de estos conjuntos".
UB ha presentado una solicitud de patente provisional para las vesículas de ARN de proteína libre de lípidos y los métodos para fabricar las vesículas.
El nuevo estudio fue el resultado del trabajo anterior de Banerjee sobre complejos de proteína-ARN, que se centró en generar gotas líquidas a partir de proteínas y moléculas de ARN.
En un experimento, "Cuando agregamos más ARN a las gotitas, inmediatamente estos compartimentos, estas hermosas estructuras con forma de burbuja, comenzaron a formarse dentro de esas gotitas", recuerda Banerjee. "Pero no fue estable y desapareció enunos minutos."
Esa curiosa observación llevó a su equipo a comenzar a investigar cómo crear las estructuras huecas y mantenerlas intactas durante períodos más largos, lo que logra el nuevo estudio. La investigación sobre gotas líquidas y huecas podría conducir a una mejor comprensión de cómo se forman espontáneamente compartimentos similaresdentro de las células humanas, dice Banerjee.
Un aspecto intrigante del estudio es la formación de geometría vesicular, que recuerda a las membranas, que surge de las proteínas y las moléculas de ARN, dicen los científicos. Los lípidos son bloques de construcción conocidos para las membranas biológicas, pero el nuevo estudio sugiere que otras posibilidades puedenexisten para crear barreras similares a membranas en sistemas biológicos que antes no se conocían, dice Banerjee. Los estudios futuros podrían explorar si y cómo las células podrían usar membranas de ARN de proteínas para realizar ciertas funciones biológicas.
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