El interruptor de proteína diseñado permite un control sin precedentes sobre las células vivas

Los científicos han creado el primer interruptor proteico completamente artificial que puede funcionar dentro de las células vivas para modificar (o incluso controlar) los complejos circuitos internos de la célula.

El interruptor se denomina LOCKR, abreviatura de Latching, Orthogonal Cage/Key pRotein.

Artículos complementarios publicados el 24 de julio en la revista. Naturaleza describir el diseño de LOCKR y demostrar varias aplicaciones prácticas de la tecnología. El trabajo fue realizado por equipos de bioingeniería dirigidos por David Baker en el Instituto de Medicina para el Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington y Hana El-Samad en la Universidad de California en San Francisco.

Los científicos demuestran que LOCKR se puede "programar" para modificar la expresion genica, redirigir el tráfico celular, degradar proteínas específicas y controlar proteína interacciones vinculantes. Los investigadores también utilizan LOCKR para construir nuevos circuitos biológicos que se comportan como sensores autónomos. Estos circuitos detectan señales del entorno interno o externo de la célula y responden realizando cambios en la célula. Esto es similar a la forma en que detecta un termostato. temperatura ambiente y dirige un sistema de calefacción o refrigeración para que se apague tan pronto como se alcance la temperatura deseada.

Una vez ensamblados por una celda, estos nuevos interruptores miden sólo ocho nanómetros en su lado más largo. Se necesitarían más de cien millones para cubrir el período al final de esta frase.

"La capacidad de controlar las células con proteínas de diseño marca el comienzo de una nueva era de la biología", dijo El-Samad, profesor de bioquímica y biofísica de la familia Kuo en la UCSF y coautor principal de los informes. “De la misma manera que circuitos integrados "Habilitado la explosión de la industria de chips de computadora, estos interruptores biológicos versátiles y dinámicos pronto podrían desbloquear un control preciso sobre el comportamiento de las células vivas y, en última instancia, nuestra salud".

Al no tener contraparte en el mundo natural, LOCKR se distingue de todas las herramientas del comercio biotecnológico, incluidas tecnologías recientes como la optogenética y CRISPR. Si bien sus predecesores fueron descubiertos en la naturaleza y luego reequipados para su uso en laboratorios, industria o medicina, LOCKR se encuentra entre las primeras herramientas biotecnológicas totalmente concebidas y construidas por humanos.

Los autores principales de los informes son Bobby Langan y Scott Boyken del Instituto de Medicina para el Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington, y Andrew Ng del Programa de Posgrado en Bioingeniería de UC Berkeley-UCSF.

"En este momento, cada célula está respondiendo a su entorno", dijo Langan. “Las células reciben estímulos y luego tienen que descubrir qué hacer al respecto. Utilizan sistemas naturales para sintonizar la expresión genética o degradar proteínas, por ejemplo”.

Langan y sus colegas se propusieron crear una nueva forma de interactuar con estos sistemas celulares. Usaron computacional diseño de proteínas para crear proteínas autoensambladas que presenten péptidos bioactivos sólo tras la adición de “claves” moleculares específicas.

Con una versión de LOCKR instalada en levadura, el equipo pudo demostrar que se podía hacer que el hongo modificado genéticamente degradara una proteína celular específica en el momento que eligieran los investigadores. Al rediseñar el interruptor, también demostraron el mismo efecto en células humanas cultivadas en laboratorio.

Para mantenerse sanas, las células deben controlar estrictamente sus procesos bioquímicos. La actividad anormal en un solo gen, o la acumulación de la proteína incorrecta, puede alterar el equilibrio de una célula. Esto podría provocar la muerte celular o incluso el cáncer. LOCKR ofrece a los científicos una nueva forma de interactuar con las células vivas. De este modo podría permitir una nueva ola de terapias para enfermedades tan diversas como el cáncer, trastornos autoinmunes y más.

“LOCKR abre un nuevo ámbito de posibilidades para la programación. células”, dijo Ng. "Ahora estamos más limitados por nuestra imaginación y creatividad que por las proteínas que la naturaleza ha desarrollado".