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Los investigadores sintetizan las células artificiales para descubrir la histamina

Cocer una torta a partir de cero es una tarea juzgada difícil para muchos. Construyendo un artificial célula-como sistema a partir de cero, ésa es bien otra historia.

La “sintetización de las células a partir de cero es de la importancia fundamental para entender cuál es la vida,” dijo a profesor Yohei Yokobayashi, líder del instituto de Okinawa de la ciencia y de la química del ácido nucléico de la universidad de la tecnología (OIST) y de la unidad graduadas de la ingeniería.

Los científicos en todo el mundo están comenzando a crear las células artificiales simples que conducto algunas funciones biológicas básicas y que contienen pequeños cabos de la DNA o del ARN. Sin embargo, conseguir estos recortes del material genético para expresar sus proteínas codificadas en respuesta a señales exactas ha sido un reto.

Ahora, Yokobayashi y otros investigadores de OIST y de la universidad de Osaka han encontrado una manera de hacer que las células artificiales obran recíprocamente con una amplia gama de substancias químicas. Desarrollaron un riboswitch - un interruptor del gen que detecta las señales químicas - que pueden responder a la histamina, una composición química que se produce naturalmente en la carrocería. En presencia de esta substancia química, el riboswitch gira un gen dentro de las células artificiales. Tal sistema, se podría un día utilizar como una nueva manera de administrar el remedio, dijo a Yokobayashi, un autor correspondiente en un estudio reciente en el gorrón de la sociedad de substancia química americana, que describe la aproximación.

“Quisiéramos que las células liberaran las drogas basadas en su detección de la histamina,” Yokobayashi dijo. “El objetivo último es tener células en su histamina del uso de la tripa como señal de liberar la cantidad apropiada de droga para tratar una condición.”

Selección de la señal

Los científicos eligieron la histamina como la señal química para sus células artificiales porque es una composición biológica importante en el sistema inmune. Si usted asierra al hilo un picor, la histamina es el culpable probable. También es liberada por la carrocería durante reacciones alérgicas y las ayudas defienden contra patógeno no nativos estimulando la inflamación.

Para descubrir la histamina, crearon una molécula llamada un aptamer del ARN. Los aptamers del ARN son pequeños segmentos de los bloques huecos del ARN que se pueden dirigir para actuar como agentes astringentes a las moléculas específicas del objetivo. Tomó Yokobayashi y estudiante Charles Whitaker, dos años sus colegas, Dr. anterior Mohammed Dwidar de los postdocs de OIST y Dr. Shungo Kobori y doctorado de OIST para crear un aptamer esa histamina apuntada.

Después, las personas desarrollaron un supuesto riboswitch que giraría esta detección de señal en la acción - específicamente, traduciendo un gen para producir una proteína. Normalmente, las células producen las proteínas cuando los patrones hechos de lazo del ARN de mensajero (mRNA) a las estructuras celulares llamaron los ribosomas. Aquí, los científicos utilizaron el aptamer de la histamina para diseñar un riboswitch que altera la forma del mRNA sobre la histamina obligatoria. En ausencia de la histamina, la forma del mRNA evita que el ribosoma ate, y no se produce ninguna proteína. el Histamina-salto mRNA, sin embargo, permite que el ribosoma ate y que sintetice las proteínas.

“Demostramos que los riboswitches se pueden utilizar para hacer que las células artificiales responden a las composiciones químicas y a las señales deseadas,” a Yokobayashi dijimos.

El paso siguiente resultó de una colaboración con profesor mayor Tomoaki Matsuura y estudiante de tercer ciclo Yusuke Seike del autor del departamento de la biotecnología en la universidad de Osaka. Matsuura y Seike pusieron el riboswitch sin células creado por las personas de Yokobayashi en las vesículas del lípido para crear las células artificiales. Las personas de Osaka sujetaron el riboswitch a un gen que expresaba una proteína fluorescente, de modo que cuando el riboswitch fue activado por la histamina, brillara intensamente el sistema. Entonces, controlaron otra proteína por el riboswitch - uno que hace poros de la nanómetro-escala en la membrana celular. Cuando el aptamer detectó la histamina, una composición fluorescente encapsulada en las vesículas fue liberada de las células a través de los poros, modelando cómo el sistema liberaría una droga.

Los científicos también crearon un “interruptor del avión derribado”, que da instrucciones la célula para autodestruirse - crear un mando para la tecnología.

La tecnología está en los primeros tiempos del revelado. El paso siguiente es hacer las células artificiales más sensibles a una cantidad más pequeña de histamina. El uso médico puede estar en un futuro lejano, pero el potencial existe, los científicos dicen.

Source:
Journal reference:

Dwidar, M. et al. (2019) Programmable Artificial Cells Using Histamine-Responsive Synthetic Riboswitch. Journal of the American Chemical Society. doi.org/10.1021/jacs.9b03300 .