"Hacer dos de uno" - División de Células Artificiales

Los científicos descubren un novedoso y genérico mecanismo para la división de las células artificiales en dos células hijas

21.02.2020 - Alemania

El éxito de la vida en la Tierra se basa en la asombrosa capacidad de las células vivas para dividirse en dos células hijas. Durante ese proceso de división, la membrana celular externa tiene que sufrir una serie de transformaciones morfológicas que finalmente conducen a la fisión de la membrana. Los científicos del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces, de Potsdam, y del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, de Maguncia, han logrado un control sin precedentes sobre estas transformaciones de la forma y el proceso de división resultante al anclar bajas densidades de proteínas a las membranas celulares artificiales.

Todos los organismos vivos de la Tierra se construyen a partir de células individuales. Además, la proliferación y el crecimiento de estos organismos se basa en la capacidad de cada célula de dividirse en dos células hijas. Durante el proceso de división, la membrana celular, que proporciona el límite exterior de la célula, tiene que someterse a una serie de transformaciones morfológicas que finalmente conducen a la fisión de la membrana celular. Para controlar este proceso, las células de hoy en día dependen de complejos de proteínas altamente especializados, que son impulsados por la hidrólisis del ATP. Sin embargo, resulta que la división controlada puede lograrse de una manera mucho más sencilla, como han demostrado recientemente los investigadores del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces, de Potsdam, y del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, de Maguncia, en relación con las células artificiales. Estas células son proporcionadas por vesículas lipídicas gigantes, que tienen el tamaño de una célula animal típica y están delimitadas por una única membrana lipídica, que proporciona una barrera robusta y estable entre la solución acuosa interior y exterior. Esta compartimentación es una característica crucial de las membranas celulares también.

Además, la vesícula y las membranas celulares tienen esencialmente la misma arquitectura molecular y consisten en bicapas moleculares con dos foliolos moleculares que definen los dos lados de las membranas: el foliolo interior está expuesto al interior, el foliolo exterior a la solución exterior. Por un lado, las células artificiales con un amplio cuello de membrana permanecen estables durante días y semanas. Por otra parte, tan pronto como el cuello se ha cerrado, la membrana genera una fuerza de constricción en este cuello que lo corta y divide la célula artificial en dos células hijas.

Las fuerzas de constricción generadas por la asimetría de la membrana

Además de demostrar la división de las células artificiales, los investigadores alrededor de Reinhard Lipowsky también identificaron el novedoso mecanismo, por el cual esta fuerza de constricción puede ser controlada de manera sistemática. Para ello, diseñaron membranas cuyos foliolos interiores y exteriores difieren en su composición molecular exponiendo los foliolos exteriores a una concentración variable de proteína. Esta asimetría entre los dos foliolos genera una curvatura preferida o espontánea que determina la forma de las células artificiales. Además, una vez que se ha formado un cuello de membrana cerrado, la curvatura espontánea genera una fuerza de constricción local que lleva a la división de estas células. Así, sorprendentemente, la división completa de las células artificiales es impulsada por las propiedades mecánicas de las membranas: la fuerza que divide el cuello de la membrana surge directamente de la asimetría de las membranas bicapa.

Módulo versátil para la biología sintética

De esta manera, se ha identificado un mecanismo simple y genérico para la división de las células artificiales. Este mecanismo no depende de la naturaleza precisa de las interacciones moleculares que generan la asimetría de las dos capas y la curvatura espontánea asociada, como se ha demostrado explícitamente al utilizar diferentes tipos de proteínas. Además, la densidad utilizada de las proteínas unidas a la membrana era bastante baja, lo que deja amplio espacio para que otras proteínas se acomoden en las membranas celulares artificiales. Por lo tanto, los sistemas de membrana-proteína introducidos aquí proporcionan un módulo prometedor y versátil para el enfoque de abajo hacia arriba de la biología sintética. Finalmente, el proceso de división de las células artificiales descrito aquí también arroja nueva luz sobre la división celular in vivo. Aunque todas las células modernas parecen depender de una compleja maquinaria proteínica, nuestros antepasados celulares pueden haber utilizado mecanismos mucho más simples para su división, como explica Jan Steinkühler, el primer autor del estudio: "Ciertas bacterias también pueden dividirse sin la conocida maquinaria de las proteínas. Ya se ha especulado que la mecánica de las membranas podría desempeñar un papel importante en los últimos procesos de división. Nuestro estudio demuestra que la división celular controlada mecánicamente es realmente posible".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Publicación original

Steinkühler, J.; Knorr, R. L.; Zhao, Z.; Bhatia, T.; Bartelt, S. M.; Wegner, S.; Dimova, R.; Lipowsky, R.; "Controlled division of cell-sized vesicles by low densities of membrane-bound proteins"; Nature Communications; 11, 905 (2020)

https://www.bionity.com/es/noticias/1165060/hacer-dos-de-uno-division-de-celulas-artificiales.html