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Secuestrando la maquinaria celular que hace proteínas, bioingenieros han desarrollado una herramienta que podría permitirles entender mejor la síntesis proteica, explorar cómo funcionan los antibióticos y convertir células en fábricas químicas a medida.
Toda vida debe su existencia al ribosoma, una enorme y trabajadora máquina molecular que lee plantillas de ARN transcriptas del ADN y usa la información para encadenar aminoácidos y convertirlos en proteínas. Una célula requiere de ribosomas en función para sobrevivir, pero son difíciles de modificar genéticamente. Si las moléculas modificadas se desvían mucho del diseño estándar, la célula muere.
“Un ribosoma genéticamente modificado aprende a hacer mejor lo que uno quiere, pero empieza a olvidar cómo hacer su trabajo normal”, dice Alexander Mankin, bioquímico de la Universidad de Illinois, en Chicago.
Mankin se asoció con el ingeniero bioquímico Michael Jewett, de la Universidad de Northwestern, en Evanston, Illinois, y otros para crear un ribosoma que los ingenieros pudieran toquetear. Los resultados de su obra fueron publicados en la revista Nature.
Mega máquinas
Los ribosomas son conglomerados de ARN y proteína, cientos de veces más grandes que las enzimas típicas. Se cree que el ARN es responsable de gran parte del trabajo de un ribosoma, que es considerable (produce proteínas a un ritmo de hasta 20 aminoácidos por segundo con una tasa de error notablemente baja). "El ribosoma merece todo el respeto posible", considera Mankin.
Son estas propiedades las que atraen la atención de bioingenieros como Jewett. A estos investigadores les gustaría crear ribosomas que puedan hacer otras reacciones químicas y producir polímeros originales, o incorporar aminoácidos raros en proteínas que puedan usarse como medicamentos.
Cada ribosoma contiene dos grupos de moléculas entrelazadas de ARN; una subunidad chica y una grande. Las subunidades se juntan para traducir la secuencia de un ARN mensajero en proteína, y luego se separan. Se vuelven a juntar cuando llega la hora de hacer otra proteína, aunque no necesariamente con las mismas parejas. “De cierta forma son muy promiscuos”, destaca Mankin.
Matrimonio arreglado
Esa promiscuidad entorpeció los esfuerzos por crear ribosomas para incorporar aminoácidos raros u otros compuestos. Las subunidades naturales y las genéticamente modificadas se mezclaban y emparejaban, reduciendo la habilidad de la célula para producir proteínas normales.
La solución, según decidieron Mankin y el equipo de Jewett, era casar dos subunidades genéticamente modificadas. No estaba claro si este enfoque iba a funcionar: se creía que los ribosomas existen en dos unidades diferentes porque es necesario para su función.
Los investigadores usaron una cepa de ARN para encadenar las subunidades grande y chica, trabajando duro durante meses para encontrar la longitud y ubicación exacta del eslabón de tal forma que la maquinaria pudiera funcionar. “Ciertamente varias veces estuvimos cerca de decir: ‘Ok, la biología gana’”, dice Jewett.
El equipo examinó los ribosomas encadenados en células de Escherichia coli que carecían de ARN en función, y eventualmente encontraron ribosomas genéticamente modificados que funcionaban suficientemente bien para soportar cierto crecimiento, aunque lento. Después, probaron su plataforma para confirmar que un ribosoma encadenado pudiera operar lado a lado con ribosomas naturales.
El resultado destraba un patio de juego molecular para los bioingenieros: al encadenar las subunidades artificiales, pueden toquetear a su agrado las máquinas genéticamente modificadas sin frenar el crecimiento de las células, dice Joseph Puglisi, un biólogo estructural de la Universidad de Stanford, en California. Puglisi espera utilizar el sistema para estudiar cómo funciona el ribosoma.
James Collins, un bioingeniero del Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Cambridge, dice que su laboratorio podría usar el sistema para estudiar antibióticos, muchos de los cuales funcionan uniéndose a ribosomas de bacterias.
Jewett quiere ver qué puede hacer el sistema en el área de la biología sintética, posiblemente produciendo antibióticos nuevos o polímeros raros. “Apenas estamos en la punta”, considera. “Vamos a intentar expandir el código genético en formas únicas y transformadoras”, agrega.
