Algunos laboratorios de bioquímica crean proteínas en formas complejas, construyendo el ADN nanotecnológico equivalente de la arquitectura barroca o rococó. Sin embargo, Yamuna Krishnan prefiere dispositivos estructuralmente minimalistas.
"La filosofía de nuestro laboratorio es de diseño minimalista", dijo Krishnan, profesor de química en la Universidad de Chicago. "Limita con el brutalismo. Funcional con cero campanas y silbatos. Hay varios laboratorios que diseñan el ADN en formas maravillosas,pero dentro de un sistema vivo, necesitas la menor cantidad de ADN posible para hacer el trabajo "
Ese trabajo es actuar como cápsulas de suministro de medicamentos o como herramientas de diagnóstico biomédico.
En 2011, Krishnan y su grupo, luego en el Centro Nacional de Ciencias Biológicas en Banglore, India, se convirtieron en los primeros en demostrar el funcionamiento de una nanomáquina de ADN dentro de un organismo vivo. Esta nanomáquina, llamada interruptor I, midió el pH subcelularcon un alto grado de precisión. Desde 2011, Krishnan y su equipo han desarrollado una paleta de sensores de pH, cada uno de ellos centrado en el pH del orgánulo objetivo.
El verano pasado, el equipo informó otro logro: el desarrollo de un nanosensor de ADN que puede medir la concentración fisiológica de cloruro con un alto grado de precisión.
"Yamuna Krishnan es uno de los principales profesionales de la nanotecnología de ADN con orientación biológica", dijo Nadrian Seeman, el padre del campo y profesor de química de Margaret y Herman Sokol en la Universidad de Nueva York. "Estos tipos de sensores intracelulares son exclusivos demi conocimiento, y representan un gran avance para el campo de la nanotecnología del ADN ".
sensor de cloruro
El cloruro es la molécula más abundante, soluble y cargada negativamente en el cuerpo. Y, sin embargo, hasta que el grupo Krishnan introdujo su sensor de cloruro, llamado Clensor, no había una forma efectiva y práctica de medir las reservas intracelulares de cloruro.
"Lo que es especialmente interesante de este sensor es que es completamente independiente del pH", dijo Seeman, una desviación significativa del esquema anterior de Krishnan. "Pasó varios años desarrollando sensores de pH que funcionan intracelularmente y proporcionan una señal fluorescentecomo consecuencia de un cambio en el pH "
La capacidad de registrar las concentraciones de cloruro es importante por muchas razones. El cloruro juega un papel importante en la neurobiología, por ejemplo. Pero el calcio y el sodio, ambos iones cargados positivamente, tienden a tomar la mayor parte de la gloria neurobiológica debido a su papel enexcitación neuronal
"Pero si desea que su neurona se dispare nuevamente, debe volver a su estado normal. Debe detener su activación", dijo Krishnan. Esto se llama "inhibición neuronal". El cloruro hace eso.
"Es importante para restablecer su neurona para una segunda ronda de disparo, de lo contrario, todos podríamos usar nuestros cerebros solo una vez", dijo.
En circunstancias normales, el transporte de iones de cloruro ayuda al cuerpo a producir una mucosidad delgada que fluye libremente. Pero un defecto genético resulta en una enfermedad potencialmente mortal, fibrosis quística. La capacidad de Clensor para medir y visualizar la actividad proteica de moléculas como la relacionadaa la fibrosis quística transmembrana podría conducir a ensayos de alto rendimiento para detectar sustancias químicas que restablecerían el funcionamiento normal del canal de cloruro.
Nueve enfermedades
"Uno podría usar esto para observar la actividad del canal de iones de cloruro en una variedad de enfermedades", dijo Krishnan. "Los humanos tienen nueve canales de iones de cloruro, y la mutación de cada uno de estos canales da como resultado nueve enfermedades diferentes". Entre ellas estánosteopetrosis, sordera, distrofia muscular y distrofia macular de Best.
Mientras tanto, las capacidades de detección de pH del interruptor I son importantes porque las células contienen múltiples orgánulos que mantienen valores específicos de acidez. Las células necesitan estos microambientes diferentes para llevar a cabo reacciones químicas especializadas.
"Cada orgánulo subcelular tiene un valor de reposo específico de acidez, y esa acidez es crucial para su función", dijo Krishnan. "Cuando el pH no es el valor que debe ser, da lugar a una variedad de enfermedades diferentes."
De hecho, hay 70 enfermedades raras llamadas trastornos de almacenamiento lisosómico, que son progresivas y a menudo mortales. Cada una, incluida la enfermedad de Batten, la enfermedad de Niemann-Pick, la enfermedad de Pompe y la enfermedad de Tay-Sachs, representa una forma diferente de un lisosomapuede ir mal. Ella comparó un lisosoma defectuoso con un basurero de cocina que nunca se vacía.
"El lisosoma es básicamente responsable de masticar toda la basura y asegurarse de que se reutilice o se elimine. Es el orgánulo más ácido de la célula". Y esa acidez es crucial para el proceso de degradación.
Aunque hay 70 enfermedades de almacenamiento lisosómico, solo hay disponibles fármacos de molécula pequeña para algunos de ellos. Estos tratamientos existentes - terapias de reemplazo enzimático - son costosos y son solo tratamientos paliativos. Un objetivo del grupo de Krishnan es demostrarutilidad de sus sensores de pH para descubrir nuevos conocimientos biológicos sobre estas enfermedades. El desarrollo de fármacos de molécula pequeña, que son estructuralmente más simples y fáciles de fabricar que los fármacos biológicos tradicionales, podría ayudar significativamente
"Si podemos hacer esto para una o dos enfermedades lisosómicas, habrá esperanza para las otras 68", dijo Krishnan.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Original escrito por Steve Koppes. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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