La insólita reacción de células ante una proteína sintética

Un método para poder conocer a fondo los entresijos de los componentes de organismos vivos es tratar de crear artificialmente dichos componentes, usando principios de la química, la ingeniería y la genética. Un conjunto de potentes técnicas, a las que se define colectivamente como biología sintética, se ha venido usando para producir moléculas con capacidad para autorreplicarse, genomas sintéticos, y vías bioquímicas artificiales para el metabolismo de sistemas vivos.

En una nueva vuelta de tuerca, John Chaput, del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona, y sus colegas del Departamento de Farmacología en la Universidad del Medio Oeste, Glendale, Arizona, han fabricado una proteína artificial en el laboratorio y han examinado los sorprendentes modos en que unas células vivas reaccionan ante ella.

Si se toma una proteína creada en un tubo de ensayo y se la coloca dentro de una célula, ¿aún funcionará? ¿La célula la reconocerá? ¿Hasta qué nivel de cambios en la proteína se mantendrá la situación?

Esta área no explorada representa un nuevo dominio en la biología sintética y podría a la postre conducir al desarrollo de nuevas terapias médicas, además de quizá revelar pistas sobre el origen de la vida.

Los resultados de la nueva investigación describen un conjunto peculiar de adaptaciones exhibidas por células, concretamente individuos de la bacteria Escherichia coli, expuestas a una proteína sintética, llamada DX. Dentro de la célula, las moléculas de DX se enlazan a moléculas de ATP, la fuente de energía necesaria para toda entidad biológica tal como la entendemos.

El ATP es la "divisa energética de la vida", tal como la define coloquialmente Chaput. El agotamiento del ATP intracelular disponible por su unión con la proteína DX altera la actividad metabólica normal de las células, impidiéndoles dividirse, aunque siguen creciendo.

Después de ser expuestas a la DX, las bacterias E. coli, normalmente esféricas, pasan a ser filamentos alargados. Como respuesta adicional a la DX, estas células filamentosas forman estructuras no documentadas previamente, que los autores de los experimentos han llamado endoliposomas. Estas densas concentraciones de lípidos segmentan la célula a lo largo en compartimentos distintos a intervalos regulares, dando a las células la apariencia de vainas de guisantes (o arvejas o chícharos) bajo el microscopio. Estas inusuales estructuras son un fenómeno sin precedentes en esas células.


El agotamiento de ATP en células de la bacteria Escherichia coli las hace pasar a un estado filamentoso y formar densas estructuras de lípidos descritas como endoliposomas. Las estructuras pueden ser observadas claramente en estas imágenes. (Foto: Biodesign Institute / ASU)

Los autores especulan con que este cambio podría ser un intento por mantener la homeostasis en regiones de la célula filamentosa, que en esencia fueron cercadas a partir de la intrusión de la DX. Ellos equiparan los endoliposomas a la serie de compartimientos estancos presentes en los submarinos, los cuales son usados para aislar las secciones dañadas de la embarcación. El equipo de investigación especula con que las células expuestas a la DX dividen su información genética en regiones en las que ésta puede permanecer aislada con seguridad. Se sabe que esta autocompartimentación se produce en algunas células eucariotas, pero no había sido observada en procariotas como la E. coli.

"En algún punto de esta filamentación, comienzan a producirse otros procesos que no comprendemos del todo en lo genético, pero de los que podemos ver sus resultados fenotípicamente", explica Chaput. "Estas estructuras densas de lípidos se forman en regiones muy regulares a lo largo de la célula filamentosa, y parece que esto podría ser un mecanismo de defensa, permitiendo a la célula compartimentarse".

Esta investigación indica que todavía hay mucho que aprender sobre la conducta bacteriana y su repertorio de reacciones cuando dichas células se enfrentan a situaciones nuevas, tales como una proteína sintética desconocida.

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