Los genes en las células vivas son activados, o no, por proteínas llamadas factores de transcripción. Los mecanismos por los cuales estas proteínas activan ciertos genes y desactivan otros juegan un papel fundamental en muchos procesos biológicos. Sin embargo, estos mecanismos son extremadamente complejos y los científicoshan pasado años intentando descubrir sus secretos.
Los científicos generalmente estudian la expresión génica al introducir secuencias de ADN específicas en las células y observar cómo reaccionan las células. Pero este método de trabajo intensivo es complicado y puede variar de un experimento a otro. En un importante paso adelante, los científicos del Laboratorio de EPFL deLa Caracterización de la red biológica LBNC, dirigida por Sebastian Maerkl, ha desarrollado un método cuantitativo y replicable para estudiar e incluso predecir la expresión génica. Utiliza un sistema libre de células en combinación con un dispositivo microfluídico de alto rendimiento. Su trabajo les permitió construiruna puerta lógica lógica sintética que algún día podría usarse para modificar las funciones celulares. La investigación ha sido publicada en PNAS .
Microcanales y procesos sin células
Nadanai Laohakunakorn, coautora del estudio, explica cómo funciona el método: "Primero extraemos material del interior de las células. Este sistema 'libre de células' consiste en enzimas y productos químicos que las células usan para llevar a cabo sus procesos biológicos normalesCuriosamente, podemos reiniciar la expresión génica fuera de la célula alimentando el extracto con combustible e información, en forma de fosfatos y ADN de alta energía. Debido a que el proceso imita de cerca lo que sucede en las células vivas, podemos utilizar nuestra plataforma para investigar ungama de fenómenos biológicos sin tener que modificar las células vivas cada vez ".
Para su estudio cuantitativo de la expresión génica, los científicos examinaron miles de reacciones libres de células en un chip microfluídico, es decir, un dispositivo utilizado para manipular cantidades microscópicas de líquido ". Pudimos probar varios escenarios diferentes y construir unbiblioteca cuantitativa de factores de transcripción sintéticos, que nos permitió predecir la influencia de una proteína dada en un gen ", dice Zoe Swank, otro coautor del estudio." Nuestro método puede ampliarse para construir sistemas bastante complicados ".
El método de los científicos tiene varias ventajas. Primero, los sistemas libres de células pueden imitar los sistemas dentro de las células, sin embargo, son mucho más simples y sus mecanismos pueden ser modelados matemáticamente. Esto significa que pueden ayudar a contribuir a comprender fenómenos biológicos más complejos aldescomponiéndolos en pedazos más simples.
Segundo, los sistemas sin células son robustos y permanecen estables después de la congelación e incluso la liofilización, lo que les permite producirse a gran escala e implementarse en aplicaciones desde diagnósticos de bajo costo hasta la producción de productos biológicos a pedido.- como las vacunas - para la medicina personalizada. Y en tercer lugar, debido a que no están vivos, los sistemas libres de células se pueden utilizar para producir compuestos que van más allá del alcance de los métodos tradicionales de biofabricación. Y no presentan riesgo de autorreplicación obiocontaminación fuera del laboratorio.
Una puerta lógica biológica
Como parte de su estudio, los investigadores reunieron varios genes de su biblioteca para construir una puerta lógica biológica. En electrónica, una puerta lógica toma una entrada de señales electrónicas, realiza un cálculo y genera una salida binaria: una ocero. Del mismo modo, la puerta lógica biológica de los científicos toma una entrada de factores de transcripción y genera una salida binaria: el gen está activado activado o desactivado reprimido.
"Numerosas puertas lógicas existen naturalmente dentro de las células vivas, que las usan para regular la función biológica normal", dice Laohakunakorn. "Al construir puertas artificiales, obtenemos la capacidad de introducir nuevas funciones en las células con fines terapéuticos, por ejemplo. La célula-free system es un primer paso en esta dirección, y el trabajo futuro podría implicar la optimización del diseño de nuestros factores de transcripción utilizando la plataforma, antes de implementarlos directamente en una aplicación libre de células, o reintroducirlos nuevamente en las células vivas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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