Los científicos de la Universidad de Rice han encontrado una manera de diseñar un nuevo tipo de diferenciación celular en bacterias, inspirado en un proceso natural en las células madre.
Han creado un circuito genético capaz de producir células genéticamente distinguidas de Escherichia coli a medida que la bacteria se divide. Al controlar este proceso, es posible crear diversas comunidades de microbios que exhiben comportamientos complejos y no nativos.
El biólogo sintético de Rice Matthew Bennett y Sara Molinari, una ex alumna del programa de doctorado en Biología de Sistemas, Sintética y Física de la universidad, lideraron el proyecto para mostrar cómo manipular el código genético de los plásmidos: piezas circulares de ADN circular que flotan librementeen las células: se puede usar para obtener una diferenciación similar a las células madre en las bacterias.
"Las células madre tienen la notable capacidad de dividirse asimétricamente", dijo Bennett. "Tras la división, la célula madre original permanece igual, pero la nueva célula hija tiene un fenotipo completamente nuevo. Esa es la división celular asimétrica, y los organismos multicelulares lo usanpara ayudar a controlar su composición celular.
"Como biólogo sintético, pienso mucho en crear y controlar tipos celulares diferenciados dentro de una población multicelular", dijo. "Aquí, hemos tomado lo que sabemos sobre las células madre y hemos diseñado los medios para hacerlo en bacterias"
Los investigadores informaron el desarrollo, al que llaman partición asimétrica de plásmidos APP, en Biología química de la naturaleza .
Molinari descubrió por primera vez cómo forzar los plásmidos E. coli para agregarse en un solo grupo para que no se distribuyan homogéneamente durante la división celular, sino que solo sean heredadas por una de las dos células hijas. La célula hija cargada de plásmido permanece idéntica a la célula progenitora, mientras que su hermano se vuelve genéticamente distintoya que pierde la información genética presente en los plásmidos.
Luego expandió el circuito sintético para inducir la partición asimétrica simultánea de dos especies de plásmidos en una sola célula, lo que resulta en cuatro genéticamente distintos E. coli . Algunas de las células tienen motilidad programada; literalmente pueden seguir su propio camino y ayudar a formar patrones en la colonia resultante.
"Cuando comenzamos, estábamos pensando en crear materiales que tuvieran la capacidad de sentir y adaptarnos a un entorno", dijo Molinari, quien recientemente obtuvo su doctorado en Rice. "Pensamos que si podíamos imitar esta característica de mayor-para ordenar tejidos, aumentaríamos la robustez de nuestras colonias y su capacidad para realizar tareas. El desafío consistía en diseñar una población de bacterias que se convirtiera en algo diferente cada vez que fuera necesario ".
Molinari y sus colegas ganaron el premio gordo en su primer intento con E. coli . "No había forma canónica de diseñar una división celular asimétrica", dijo. "Fue una idea loca, y mágicamente funcionó la primera vez".
"Pero había algo que no podíamos entender completamente sobre el sistema", dijo Molinari. "Me tomó dos años descubrir que cometí un error de clonación cuando obtuve esta proteína y la puse en mi plásmido. Al azaragregó 17 aminoácidos al comienzo de la proteína, y eso hizo que todo el sistema funcionara ".
Con ese conocimiento, ella procedió a mejorar las proteínas hidrofóbicas que se agrupan en las células mientras se unen a los plásmidos objetivo, manteniéndolos en su lugar.
Bennett notó que los procesos naturales cargan suficientes plásmidos en una célula para asegurar cierta tierra en cada célula hija o tiran activamente plásmidos en cada una de las nuevas células para garantizar que permanezcan idénticos. "Hemos demostrado que podemos superar esos procesos", dijo..
La aplicación podría convertir organismos simples en sistemas complicados que mejoran la comprensión de la vida multicelular. "Somos bastante buenos diseñando bacterias", dijo Bennett. "Hemos estado haciendo eso durante años ahora. Creo que el campo ha evolucionado hacia elseñale dónde podemos hacer cosas asombrosas con bacterias y la gente pregunta qué más podemos hacer "
El nuevo descubrimiento, dijo, proporciona un camino hacia adelante.
"Hay tres características principales de la vida multicelular", dijo. "Una es la diferenciación a través de la división celular asimétrica. Otra es la comunicación intercelular, que los biólogos sintéticos han estado diseñando durante años. Y la tercera es la adhesión celular, por lo que las células se quedan dondese supone que deben y se adhieren entre sí. Si podemos controlar todas esas cosas juntas, podemos hablar sobre la ingeniería de formas de vida multicelulares interesantes.
"Se empieza a sentir un poco como ciencia ficción, seguro", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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