los ingenieros biológicos del MIT han desarrollado un sistema modular de proteínas que puede detectar una secuencia particular de ADN en una célula y luego desencadenar una respuesta específica, como la muerte celular.
Este sistema se puede personalizar para detectar cualquier secuencia de ADN en una célula de mamífero y luego desencadenar una respuesta deseada, incluida la muerte de células cancerosas o células infectadas con un virus, dicen los investigadores.
"Hay una gama de aplicaciones para las cuales esto podría ser importante", dice James Collins, el Profesor Termeer de Ingeniería Médica y Ciencia en el Departamento de Ingeniería Biológica e Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica IMES del MIT. "Esto le permitediseñar fácilmente construcciones que permitan que una célula programada detecte el ADN y actúe sobre esa detección, con un sistema de informe y / o un sistema de respuesta ".
Collins es el autor principal de un 21 de septiembre Métodos de la naturaleza documento que describe la tecnología, que se basa en un tipo de proteínas de unión al ADN conocidas como dedos de zinc. Estas proteínas pueden diseñarse para reconocer cualquier secuencia de ADN.
"Las tecnologías están disponibles para diseñar proteínas para unirse a prácticamente cualquier secuencia de ADN que desee", dice Shimyn Slomovic, un postdoc de IMES y autor principal del artículo. "Esto se usa de muchas maneras, pero no tanto para la detección"Sentimos que había mucho potencial para aprovechar esta tecnología de unión de ADN designable para la detección".
Sentir y responder
Para crear su nuevo sistema, los investigadores debían vincular la capacidad de unión al ADN de los dedos de zinc con una consecuencia: activar una proteína fluorescente para revelar que el ADN objetivo está presente o generar otro tipo de acción dentro de la célula.
Los investigadores lograron esto explotando un tipo de proteína conocida como "inteína", una proteína corta que se puede insertar en una proteína más grande, dividiéndola en dos partes. Las piezas de proteína dividida, conocidas como "exteins", solose vuelve funcional una vez que el intein se elimina mientras se une a las dos mitades.
Collins y Slomovic decidieron dividir una inteína en dos y luego unir cada porción a una mitad externa extendida y una proteína de dedo de zinc. Las proteínas de dedo de zinc están diseñadas para reconocer secuencias de ADN adyacentes dentro del gen objetivo, así que si ambos encuentran susecuencias, las inteinas se alinean y luego se cortan, permitiendo que las mitades de la exteína se unan y formen una proteína funcional. La proteína de la exteína es un factor de transcripción diseñado para activar cualquier gen que los investigadores quieran.
En este documento, vincularon la producción de proteína fluorescente verde GFP con el reconocimiento de los dedos de zinc de una secuencia de ADN de un adenovirus, de modo que cualquier célula infectada con este virus se iluminaría en verde.
Este enfoque podría usarse no solo para revelar células infectadas, sino también para matarlas. Para lograr esto, los investigadores podrían programar el sistema para producir proteínas que alerten a las células inmunes para combatir la infección, en lugar de GFP.
"Dado que esto es modular, potencialmente puede evocar cualquier respuesta que desee", dice Slomovic. "Podría programar la célula para que se mate a sí misma o secrete proteínas que permitirían al sistema inmunitario identificarla como una célula enemiga, por lo queel sistema inmunitario se encargaría de eso "
Los investigadores del MIT también desplegaron este sistema para matar células al vincular la detección del objetivo de ADN con la producción de una enzima llamada NTR. Esta enzima activa un precursor de drogas inofensivo llamado CB 1954, que los investigadores agregaron a la placa de Petri donde estaban las célulascreciendo. Cuando es activado por NTR, CB 1954 mata las células.
Las versiones futuras del sistema podrían diseñarse para unirse a secuencias de ADN que se encuentran en genes cancerosos y luego producir factores de transcripción que activarían las propias vías de muerte celular programadas de las células.
herramienta de investigación
Los investigadores ahora están adaptando este sistema para detectar virus del VIH latentes, que permanecen latentes en algunas células infectadas incluso después del tratamiento. Aprender más sobre estos virus podría ayudar a los científicos a encontrar formas de eliminarlos permanentemente.
"El provirus de VIH latente es prácticamente la barrera final para curar el SIDA, que actualmente es incurable simplemente porque la secuencia de provirus está allí, latente, y no hay formas de erradicarla", dice Slomovic.
Mientras que el tratamiento de enfermedades usando este sistema probablemente esté a muchos años de distancia, Collins podría usarlo mucho antes como herramienta de investigación. Por ejemplo, los científicos podrían usarlo para probar si el material genético se ha entregado con éxito a las células que los científicos están probandoalterar genéticamente. Las células que no recibieron el nuevo gen podrían ser inducidas a sufrir la muerte celular, creando una población pura de las células deseadas.
También podría usarse para estudiar las inversiones y transposiciones cromosómicas que ocurren en las células cancerosas, o para estudiar la estructura tridimensional de los cromosomas normales probando si dos genes ubicados lejos uno del otro en un pliegue cromosómico de tal manera queterminan uno al lado del otro, dicen los investigadores.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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