Los investigadores crean orgánulos celulares artificiales para la biotecnología
Las vesículas sintéticas son mini-laboratorios para moléculas personalizadas
Las células de los organismos superiores utilizan orgánulos celulares para separar los procesos metabólicos de los demás. Así es como la respiración celular tiene lugar en las mitocondrias, las centrales eléctricas de la célula. Se pueden comparar con las salas de laboratorio selladas en la gran fábrica de la célula. Un equipo de investigación de la Universidad de Goethe ha logrado crear orgánulos celulares artificiales y utilizarlos para sus propias reacciones bioquímicas.
Imagen simbólica
Mahmoud-Ahmed, pixabay.com
Los biotecnólogos llevan tiempo intentando "reprogramar" los orgánulos celulares naturales para otros procesos, con resultados dispares, ya que el "equipo de laboratorio" está especializado en la función de los orgánulos. La Dra. Joanna Tripp, investigadora de carrera inicial del Instituto de Biociencias Moleculares, ha desarrollado ahora 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 endoplasmático (RE) que rodea el núcleo. Las células continuamente atan las burbujas, o vesículas, de este sistema de membranas para transportar sustancias a la membrana celular. En las plantas, estas vesículas también pueden utilizarse para el almacenamiento de proteínas en las semillas. Estas proteínas de almacenamiento están equipadas con una "etiqueta de dirección" - la secuencia de Zera - que las guía a la sala de emergencias y que asegura que las proteínas de almacenamiento están "empaquetadas" allí en la vesícula. Joanna Tripp ha utilizado ahora la "etiqueta de dirección" Zera para producir vesículas específicas en las 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 sólo producen numerosas sustancias naturales útiles, sino que también pueden ser modificadas genéticamente para producir moléculas de interés industrial a gran escala, como los biocombustibles o la medicina antipalúdica.
Sin embargo, además de los productos deseados, a menudo también se producen subproductos indeseables o intermediarios tóxicos. Además, el producto puede perderse debido a fugas en la célula, o las reacciones pueden ser demasiado lentas. Los orgánulos celulares sintéticos ofrecen remedios, en los que sólo se encuentran las enzimas deseadas (con "etiquetas de dirección"), de manera que trabajan juntas más eficazmente sin perturbar el resto de la célula, o sin ser perturbadas ellas mismas.
"Utilizamos la secuencia de Zera para introducir una vía metabólica sintética de tres etapas en las vesículas", explica Joanna Tripp. "Así hemos creado un espacio de reacción que contiene exactamente lo que queremos. Fuimos capaces de demostrar que la vía metabólica en las vesículas funciona de forma aislada al resto de la célula."
El biotecnólogo seleccionó una molécula industrialmente relevante para este proceso: el ácido mucónico, que se procesa industrialmente hasta convertirse en ácido adípico. Este es un intermediario para el nylon y otros materiales sintéticos. El ácido mucónico se obtiene actualmente del petróleo crudo. Una futura producción a gran escala utilizando células de levadura sería significativamente más respetuosa con el medio ambiente y sostenible. Aunque una parte del ácido protocatecúico intermedio se pierde porque la membrana de la vesícula es porosa, Joanna Tripp lo considera un problema solucionable.
El Profesor Eckhard Boles, Jefe del Departamento de Fisiología y Genética de los Eucariontes Inferiores observa: "Este es un nuevo y revolucionario método de biología sintética. Con los nuevos orgánulos artificiales, ahora tenemos la opción de generar de nuevo varios procesos en la célula, o de optimizarlos". El método no se limita a las células de levadura, sino que puede ser utilizado para las células eucarióticas en general. También se puede aplicar a otras cuestiones, por ejemplo, para reacciones que anteriormente no han podido tener lugar en células vivas porque pueden requerir enzimas que perturbarían el proceso metabólico de la célula.
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.
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