mayo 13, 2021

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Programación de proteínas para convertir células en computadoras moleculares

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Cartografía con la ayuda de Intein (IBM) Crédito: Baojun Wang

Una nueva forma de descomponer y bloquear proteínas podría acelerar el desarrollo de complejos circuitos similares a los de una computadora en las células que allanan el camino para la nueva biotecnología y los avances médicos.


Estos avances facilitarán la ingeniería de células que están programadas para actuar como dispositivos de diagnóstico o sensores biológicos, que patrullan el cuerpo para detectar enfermedades o identificar toxinas en el medio ambiente.

También podría proporcionar una forma más rápida, económica y sencilla de sintetizar proteínas grandes “adaptadas” con muchas aplicaciones, como los anticuerpos o los que se utilizan en vacunas o terapias basadas en células.

Esta tecnología amplía el conjunto de herramientas de biología sintética, lo que permite programar proteínas para controlar el comportamiento de sistemas complejos dentro de las células y crear vías y sistemas de señalización específicos.

La característica principal de los circuitos genéticos más complejos, que imitan a los que se encuentran en la electrónica, es la capacidad de construir un comportamiento lógico, como convertir dos señales en una respuesta.

Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Edimburgo desarrolló un método para programar proteínas con esta función lógica dual, allanando el camino hacia el nivel de control preciso requerido en los circuitos de bioinformática.

Uno de los comportamientos lógicos más simples en las células es la función de puerta AND: implica una entrada, la presencia de dos moléculas diferentes, que producen una salida, activan o suprimen un gen.

Esto requiere la programación de proteínas, que regulan los genes y controlan las funciones celulares. Romper un proteína– Codificar un gen en dos partes lo inhabilita y permite que cada uno sea asignado para recibir diferentes señales.

Cuando se reciben ambas señales, los genes se activan y se producen dos subunidades de proteínas que se unen, formando la proteína madre que activa o suprime el gen en cuestión.

Sin embargo, una limitación importante en la construcción de circuitos lógicos en las células es que la ruptura de genes que codifican proteínas en puntos aleatorios puede dañar su función y prevenir la recombinación de proteínas más adelante.

Para abordar esto, el equipo utilizó partes genéticas móviles, conocidas como transposones, para encontrar puntos de ruptura que protegen la función de la proteína y permiten que las dos subunidades se unan más tarde.

Los transposones, también conocidos como transposones, son comunes en el genoma y se mueven para controlar cómo sucede esto. Genes Usos.

Al aprovechar la versatilidad de un conjunto de herramientas genéticas que se encuentran en la naturaleza, los transposones permiten a los científicos probar todos los posibles puntos de ruptura en la secuencia genética de una proteína para encontrar el punto óptimo.

Anteriormente, los investigadores tenían que confiar en programas informáticos complejos o en un arduo trabajo de laboratorio para realizar conjeturas informadas o probar posibles paradas que no destruirían la proteína.

La tecnología también proporciona a los investigadores un mejor control de encendido y apagado en los circuitos genéticos, ya que las proteínas recombinadas no corren el riesgo de volverse parcialmente activas en el estado “apagado”, que es un problema común.

El progreso se basa en el trabajo del equipo anterior, creando una biblioteca de pegamentos de proteínas, conocida como mitosis, que actúan como un “velcro molecular” para unir a la perfección las subunidades de proteínas.

Este proceso, conocido como empalme de proteínas, permite ensamblar proteínas muy grandes a partir de unidades más pequeñas sin interrumpir la función de las proteínas.

Las inteínas también son parte de la caja de herramientas de la naturaleza, son comunes en muchas formas de vida y son parte de la maquinaria de producción de proteínas en las células. Ajustan y modifican las proteínas después de su construcción.

El poder combinado de los transposones y la mitosis allana el camino para que los científicos programen proteínas más fácilmente con las funciones lógicas necesarias para una construcción más compleja. Circuitos genéticos.

Esta tecnología también se puede utilizar para diseñar y producir cantidades muy grandes de proteínas que tienen propiedades útiles para la medicina o la industria, pero que actualmente son difíciles o costosas de fabricar.

El estudio publicado en Comunicaciones de la naturalezaFinanciado por UKRI Future Leaders Fellowship, otorgado al Dr. Wang y Leverhulme Trust. Contó con investigadores de Microsoft Research Cambridge, la Universidad de Turku y la Universidad de Zhejiang.

“Hemos desarrollado un método nuevo y poderoso para diseñar proteínas funcionales divididas mediante la combinación de las ventajas de dos herramientas biológicas revolucionarias, el transposón y la inteína, para localizar rápidamente todos los sitios de descomposición y recombinación apropiados para una proteína objetivo. Esta herramienta ayudará a abrir muchas aplicaciones mediante la división de proteínas En biotecnología y medicina, como el diseño de programas de biocomputación en las células, minimizando la expresión subyacente dañina de proteínas y proteínas diseñadas que responden a señales nuevas y controlables.


Convirtiendo células en computadoras con puertas lógicas de proteínas


más información:
Un enfoque estructurado para introducir intein divisores en la geometría de la puerta lógica y la reducción de actividad básica, Comunicaciones de la naturaleza

doi.org/10.1038/s41467-021-22404-9

La frase: Programming Proteins to Turn Cells into Molecular Computers (2021, 14 de abril) Obtenido el 14 de abril de 2021 de https://phys.org/news/2021-04-proteins-cells-molecular.html

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