Biobricks transmisores: módulos biológicos que transmiten información a la célula

Un grupo de científicos del CONICET descubrió el mecanismo de funcionamiento de proteínas sensoras que se encuentran en la membrana externa celular y permite a la célula comunicarse con su entorno.

La investigación estuvo a cargo del grupo del Laboratorio de Bioingeniería Reversa de Protein-quinasas de la Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas (UNR), dirigido por la investigadora independiente del CONICET Larisa Cybulski, y  fue publicada en la revista Journal of Molecular Biology:

“El estudio se focalizó en la región de la membrana de proteínas sensoras que anteriormente se pensaba que era inerte y nosotros encontramos que su función es crucial”, señala Cybulski.

Biología sintética y Termogenética

La biología sintética se encarga de construir nanomáquinas o biomáquinas, que pueden hacer un trabajo específico siguiendo las órdenes o el control del ingeniero molecular. “Dentro de la biología sintética existen diversas ramas, nosotros trabajamos con la que se dedica a la construcción de biomáquinas que surgen a partir del diseño y del conocimiento de la naturaleza”, indica Cybulski.

El grupo de investigación en un primer momento identificó módulos termosesores que funcionan en una proteína detectando cambios de temperaturas. “Nuestro trabajo de investigación se basó en introducir esos módulos que se denominan biobricks –nombre que hace referencia a módulos o ladrillos biológicos- en una proteína inerte, que antes no funcionaba y logramos que recupere la actividad”, señala la investigadora.

Cybulski explica que uno de los correlatos de este hallazgo puede estar relacionado a la Termogenética, que trata de utilizar la temperatura como disparador de ciertos procesos biológicos, es decir, al cambiar la temperatura se dispara una reacción.

“Este mecanismo puede ser aplicado en neurobiología, por ejemplo en la experimentación de laboratorio en el estudio de circuitos neuronales se podría modificar la temperatura de una región del cerebro y así alterar la expresión de genes de interés en ese conjunto de neuronas. Y para eso podrían llegar a utilizarse esas proteínas de diseño, los biobricks, que van a responder a los cambios de temperatura”, indica Cybulski.

La proteína sobre la cual trabaja el grupo de investigación es una protein-quinasa que está localizada en las membranas y funciona como un receptor. Los receptores son las proteínas más inteligentes de las células, mientras muchas otras proteínas trabajan como peones, los receptores se dan cuenta de la situación, perciben los estímulos y dan órdenes, es decir, toman decisiones, que pueden, por ejemplo, cambiar de estrategias o  expresar o dejar de expresar un determinado gen.

La investigadora explica que existe un gran interés científico en comprender cómo se regulan los receptores, porque un grupo especial de estos receptores inteligentes, que están en las membranas de una célula, cuando se desregulan, se apagan, o están hiperactivos, pueden desencadenar cáncer. Al dar una señal de crecimiento  la célula debería dejar de dividirse, sin embargo sigue haciéndolo porque está alterada esa señalización.

“Nosotros con esta proteína, si bien es bacteriana, lo que logramos es entender el mecanismo de cómo activarla todo el tiempo o cómo reprimirla, entonces la podemos manipular y decidir cuándo activar o desactivar. Entendemos el mecanismo y podemos forzar una proteína a comportarse de una manera o de la manera opuesta. Esto nos ayuda a la comprensión de los sensores en general” enfatiza Cybulski.

“Una de las ventajas de la Termogenética es que usa como inductor la temperatura, que es una señal física, mientras que en otros sistemas se usan inductores químicos, que traen aparejadas ciertas desventajas, como que se degraden los compuestos, que haya un gradiente de concentración, que sea tóxico, son problemas que se estarían solucionando o que no existirían cuando se usa la temperatura como inductor  físico”, señala Juan Cruz Almada, becario doctoral del CONICET.

“Previamente a esta investigación realizamos la caracterización de los biobricks. Falta aún llegar a un diseño con una función específica, pero ya con racionalizar una proteína  se podría empezar a pensar en algo más aplicado”, explica Ana Bortolotti, investigadora asistente del CONICET.