Convirtiendo una toxina peligrosa en un biosensor

Algunos tipos de bacteria tienen la capacidad de agujerear a otras células y matarlas. Lo hacen mediante la liberación de unas proteínas especializadas llamadas PFTs (siglas en inglés de “pore-forming toxins”), las cuales se unen a la superficie de la membrana de una célula y forman un canal parecido a un tubo que la atraviesa. Este agujero a través de la membrana se llama poro. Agujereada por múltiples PFTs, la célula objetivo se autodestruye.

Sin embargo, los PFTs han despertado mucho interés más allá de las infecciones bacterianas. Los poros de tamaño nanométrico que forman se pueden emplear para biomoléculas “sensoriales”: una molécula biológica, por ejemplo ADN o ARN, pasa a través del nanoporo como una cuerda guiada por un voltaje, y sus componentes individuales (por ejemplo los ácidos nucleicos en el ADN) proporcionan señales eléctricas diferentes que pueden ser leídas. De hecho, la detección a través de nanoporos ya se halla en el mercado como herramienta principal en la secuenciación del ADN o el ARN.

Un grupo de científicos encabezados por Matteo Dal Peraro, de la EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) ha estudiado otro PFT que puede ser utilizado de forma efectiva para detecciones más complejas, como la secuenciación de proteínas. La toxina es la aerolisina, que está producida por la bacteria Aeromonas hydrophila, miembro de una familia de PFTs encontrados en muchos organismos.

Una de las principales ventajas de la aerolisina es que forma poros muy estrechos que pueden distinguir moléculas con una mucha mayor resolución que otras toxinas. Estudios anteriores han mostrado que la aerolisina puede ser utilizada para “detectar” varias biomoléculas, pero apenas ha habido alguno sobre la relación entre la estructura de la aerolisina y sus capacidades moleculares de detección.

Simulación molecular de un poro de aerolisina modificada (color azul claro) integrado en una bicapa de membrana (color crema) y ADN (color rojo). (Foto: Chan Cao, EPFL)

Los investigadores usaron un modelo estructural de la aerolisina para estudiar su estructura con simulaciones informáticas. Como proteína, la aerolisina está hecha de aminoácidos, y el modelo ayudó a entender cómo estos afectan a su función en general.

Una vez logrado esto, los investigadores empezaron a cambiar de manera estratégica los diferentes aminoácidos en el modelo de ordenador. El modelo predijo entonces el posible impacto de cada cambio en la función general de la aerolisina.

Al final de este proceso, el grupo del Dr. Chan Cao produjo 16 poros de aerolisinas “mutantes”, modificadas genéticamente, los integraron en bicapas de lípidos para simular su posición en una membrana celular, y llevaron a cabo una serie de mediciones para comprender cómo se regulaban a nivel molecular diversas características.

Con este método, los investigadores hallaron finalmente lo que controla la relación entre la estructura y la función de la aerolisina: su cápsula. El poro de aerolisina no es solo un tubo que atraviesa la membrana, sino que posee una estructura parecida a una cápsula que atrae y se une a la molécula objetivo, tirando de ella a través del canal del poro. Con todo ello, los científicos podrán ahora diseñar poros a medida para varias aplicaciones de detección.