Los investigadores desarrollan un método para diseñar nuevas funcionalidades celulares en películas delgadas

Investigadores del Instituto de Biología Molecular (IMB) y la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) han desarrollado un método para crear una nueva funcionalidad en las células. Los resultados se publicaron hoy en la revista. Celda en el artículo «Los orgánulos en forma de película doble permiten la separación espacial de la traducción eucariota ortogonal».

Numerosos procesos tienen lugar dentro de la vida. células, desde la replicación y reparación del ADN hasta la síntesis y el reciclaje de proteínas. Para organizar esta miríada de reacciones, deben estar separadas en un espacio tridimensional. Mano única células eucariotas hacer esto es extruir un trozo de membrana para formar un espacio encerrado por una membrana, un orgánulo, en el que pueden tener lugar funciones específicas. Alternativamente, la célula también puede segregar moléculas en áreas distintas (los llamados orgánulos sin membrana) a través de la separación de fases, un fenómeno similar a la separación de vinagre y aceite en un aderezo para ensaladas. Estos orgánulos sin membrana tienen ventajas: debido a que no están separados del resto de la célula por una barrera de membrana, las moléculas grandes pueden entrar y salir más fácilmente. Los orgánulos de membrana cerrada, por lo tanto, funcionan como «habitaciones» separadas en una celda, mientras que los orgánulos sin membrana funcionan como diferentes rincones de la misma habitación.

Uno de los procesos más importantes de la célula es síntesis de proteínas, donde el código de ARN se traduce en un código de proteína, que contiene el modelo para la producción de proteínas. Estos códigos son como lenguajes celulares. Si se pudiera diseñar un orgánulo y dedicarlo a traducir el código de ARN de nuevas formas (es decir, utilizando un lenguaje diferente), las funciones de la proteína resultante también podrían alterarse, proporcionándole propiedades únicas que podría usarse, por ejemplo, para activar o desactivar sus funciones, o para permitir que la proteína se visualice en células vivas.

En 2019, el Prof. Edward Lemke y su equipo de investigación lograron crear un dispositivo artificial sin membrana orgánulo que tradujo el código de ARN usando un nuevo código, o idioma, sin interferir con la traducción del ARN en el resto de la célula. Ahora Edward y un estudiante en su laboratorio, Christopher Reinkemeier, han construido ese éxito aún más creando orgánulos similares a películas que se pueden usar para subdividir los procesos celulares en espacios aún más pequeños.

«La mayor ventaja es que pudimos crear espacios de reacción extremadamente pequeños; de esta manera, podemos tener varios de ellos en una celda al mismo tiempo», explica el Prof. Lemke. «Convertimos orgánulos grandes en 3D en orgánulos en 2D en la superficie de una membrana e incluso podemos realizar reacciones bioquímicas complicadas en estas capas delgadas». Usando estos orgánulos más delgados, la misma célula ahora puede traducir el código de ARN a tres idiomas diferentes, creando así tres proteínas diferentes, en diferentes «rincones de la misma habitación», sin que las traducciones interfieran entre sí. Esto significa que el mismo proteína ahora puede tener tres funciones diferentes dependiendo de la «esquina» de la que esté hecho.

Este nuevo método no solo permite a los científicos desarrollar proteínas con funciones únicas, sino que también les ayuda a comprender mejor cómo evolucionan las funciones de las células eucariotas. «Podemos encontrar más información sobre cómo ocurren las funciones complicadas en el espacio de la membrana, qué funcionalidades únicas tiene la membrana y qué espacios de reacción especiales se crean allí cuando se concentran proteínas mediante la separación de fases 2D», dijo el Dr. Reinkemeier. «Al diseñar estos orgánulos en forma de película, también podemos comprender mejor cómo la naturaleza también utiliza estos mecanismos para crear proteínas con nuevas funciones».

Edward Lemke es subdirector de la IMB y profesor de biofísica sintética en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz.