Motor fotosintético para células artificiales

Para lograr la construcción de una célula artificial, existen dos enfoques: el primero consiste en modificar el "software" genómico de una célula viva; el segundo se centra en el "hardware" celular, construyendo desde cero estructuras simples, parecidas a las celulares, que imiten la función de las células vivas. Uno de los mayores retos en este segundo enfoque es emular las intrincadas reacciones químicas y biológicas que las células necesitan para desempeñar comportamientos complejos.

Ahora, unos científicos de la Universidad Sogang de Seúl en Corea del Sur, y de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas adscrita a la Universidad Harvard en Estados Unidos, han modificado una estructura de tipo celular que aprovecha la fotosíntesis para llevar a cabo reacciones metabólicas, incluyendo la recolección de energía, la fijación del carbono y la formación de citoesqueleto.

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El equipo de Kwanwoo Shin y Kit Parker ha conseguido poner en marcha actividad metabólica con luz, construir una red de proteínas a medida en una célula viva y empaquetar todos los componentes necesarios para hacer esto en una célula.

Lo que se ha logrado en este trabajo pionero debería ser el primer paso en el desarrollo de múltiples redes reguladoras para células artificiales que puedan exhibir homeostasis y comportamientos celulares complejos.

Para construir este sistema sintético, los investigadores modificaron un orgánulo fotosintético. Eligieron dos fotoconversores (uno proveniente de plantas y el otro de bacterias) que pueden generar un gradiente a través de la membrana celular para desencadenar reacciones.

Un sistema artificial parecido a una célula. Una membrana (el límite exterior rojo) mantiene encapsulados bloques de construcción proteicos del citoesqueleto y de tejidos. (Imagen: Disease Biophysics Group / Harvard University)

Los fotoconversores son sensibles a diferentes longitudes de onda de la luz: uno al rojo y el otro al verde. Estas proteínas fueron integradas en una membrana de lípidos sencilla, junto con enzimas que generan trifosfato de adenosina (ATP). A esta sustancia se la llama a veces "la central de energía de la vida" porque es crucial para el metabolismo energético en todos los seres vivos conocidos.

Cuando la membrana es iluminada con luz roja, se produce una reacción química fotosintética, produciendo ATP. Cuando la membrana es iluminada con luz verde, la producción se detiene. La capacidad de activar y desactivar la producción de energía permite que los investigadores controlen muchas reacciones dentro de la célula, incluyendo algunas que sirven para fabricar tejidos biológicos.

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