Las células de los organismos superiores utilizan orgánulos celulares para separar los procesos metabólicos entre sí. Así es como ocurre la respiración celular en las mitocondrias, las plantas de energía de la célula. Se pueden comparar con las salas de laboratorio selladas en la gran fábrica de la célula. AEl equipo de investigación de la Universidad Goethe ha logrado crear orgánulos de células artificiales y usarlos para sus propias reacciones bioquímicas diseñadas.
Los biotecnólogos han estado intentando "reprogramar" orgánulos celulares naturales para otros procesos durante algún tiempo, con resultados mixtos, ya que el "equipo de laboratorio" está especializado en la función de los orgánulos. Dra. Joanna Tripp, investigadora temprana en el Instituto deMolecular Biosciences ha desarrollado un nuevo método para producir orgánulos artificiales en células de levadura vivas.
Para ello, utilizó el sistema ramificado de tubos y burbujas en el retículo endoplásmico RE que rodea el núcleo. Las células atan continuamente burbujas o vesículas de este sistema de membrana para transportar sustancias a la membrana celular.En las plantas, estas vesículas también se pueden utilizar para el almacenamiento de proteínas en semillas. Estas proteínas de almacenamiento están equipadas con una "etiqueta de dirección", la secuencia Zera, que las guía al ER y garantiza que las proteínas de almacenamiento estén "empaquetadas"."allí en la vesícula. Joanna Tripp ahora ha utilizado la" etiqueta de dirección "Zera para producir vesículas específicas en células de levadura e introducir varias enzimas de una vía metabólica bioquímica.
Esto representa un hito desde una perspectiva biotecnológica. Las células de levadura, las "mascotas" de la biología sintética, no solo producen numerosas sustancias naturales útiles, sino que también pueden modificarse genéticamente para producir moléculas de interés industrial a gran escala, como biocombustibles o anti-medicina para el paludismo.
Sin embargo, además de los productos deseados, a menudo también se producen subproductos no deseados o productos intermedios tóxicos. Además, el producto puede perderse debido a fugas en la célula o las reacciones pueden ser demasiado lentas. Los orgánulos de células sintéticas ofrecen remedios,con solo las enzimas deseadas con "etiquetas de dirección" encontrándose entre sí, de modo que trabajen juntas de manera más efectiva sin interrumpir el resto de la célula o ser interrumpidas ellas mismas.
"Usamos la secuencia Zera para introducir una vía metabólica sintética de tres etapas en las vesículas", explica Joanna Tripp. "Por lo tanto, hemos creado un espacio de reacción que contiene exactamente lo que queremos. Pudimos demostrar que la vía metabólica enlas vesículas funcionan aisladas del resto de la célula ".
El biotecnólogo seleccionó una molécula de relevancia industrial para este proceso: el ácido mucónico, que se procesa industrialmente para obtener ácido adípico. Este es un intermedio para el nailon y otros materiales sintéticos. Actualmente, el ácido mucónico se obtiene del petróleo crudo. Un futuro a gran escalaLa producción utilizando células de levadura sería significativamente más respetuosa con el medio ambiente y sostenible. Aunque una parte del ácido protocatecuico intermedio se pierde porque la membrana de la vesícula es porosa, Joanna Tripp considera que esto es un problema que se puede resolver.
El profesor Eckhard Boles, Jefe del Departamento de Fisiología y Genética de los eucariotas inferiores observa: "Este es un nuevo método revolucionario de biología sintética. Con los novedosos orgánulos artificiales, ahora tenemos la opción de generar varios procesos en la célula de nuevo,o para optimizarlos ". El método no se limita a las células de levadura, sino que se puede utilizar para las células eucariotas en general. También se puede aplicar a otros problemas, por ejemplo, para reacciones que anteriormente no han podido tener lugar en células vivas porquepueden requerir enzimas que interrumpirían el proceso metabólico celular.
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Materiales proporcionado por Universidad Goethe de Frankfurt . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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