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Una caja de herramientas genética para producir nanoparticles magnéticos multifuncionales

Las bacterias magnéticas pudieron pronto ser utilizadas para la producción de biomateriales nuevos. Las personas de microbiólogos en la universidad de Bayreuth llevaron por el profesor que el Dr. Dirk Schüler desarrolló un sistema modular para la reprogramación genética de bacterias, de tal modo girando los organismos en las fábricas celulares para los nanoparticles magnéticos multifuncionales que combinan diversas funciones y propiedades útiles. Debido a sus propiedades magnéticas excepcionales y buen biocompatibility, estos nanoparticles pudieron ser un nuevo material prometedor en el campo biomédico y biotecnológico. En el gorrón “pequeño” los científicos presentaron sus conclusión.

De magnetosomes a los nanoparticles versátiles

Las bacterias magnéticas del gryphiswaldense de Magnetospirillum de la especie alinean su comportamiento de la natación a lo largo del campo magnético de la tierra. Dentro de las células, los nanoparticles magnéticos, los magnetosomes, se arreglan en a cadena-como la manera, de tal modo formando una aguja intracelular de la brújula. Cada uno magnetosome consiste en una base de óxido magnética de hierro rodeada por una membrana. Además de los lípidos, esta membrana también contiene una variedad de diversas proteínas. Los microbiólogos de la universidad de Bayreuth ahora han tenido éxito en el acoplamiento de los grupos funcionales bioquímico activos, que originan de diversos organismos no nativos, a estas proteínas. Aquí el comienzo usado método en el escenario de los genes que son responsables de la biosíntesis de las proteínas de la membrana. Estos genes bacterianos se funden a los genes no nativos de otros organismos que controlen la producción de las proteínas funcionales respectivas. Tan pronto como los genes se reintegren en el genoma, las bacterias reprogramadas producen los magnetosomes que visualizan estas proteínas no nativas instaladas permanente en la superficie de la partícula.

En el estudio, cuatro diversos grupos funcionales (es decir proteínas no nativas) fueron acoplados a las proteínas de la membrana. Éstos incluyen la oxidasis de glucosa de la enzima de un hongo de molde, que se utiliza ya biotecnológicamente, por ejemplo como “sensor del azúcar” en enfermedades de la diabetes. Además, una proteína fluorescente verde de una medusa y una enzima tinte-que producía de la bacteria Escherichia Coli, cuya actividad puede ser medida fácilmente, fueron instaladas en la superficie de los magnetosomes. El cuarto grupo funcional es un fragmento del anticuerpo de un lama (alpaca) que fue utilizado como conector versátil. Así, todas estas propiedades incluyendo la magnetización magnífica de los magnetosomes genético se codifican en las bacterias.

“Usando esta estrategia genética, reprogramamos las bacterias para producir los magnetosomes que brillan intensamente verde cuando están irradiados con la luz UV y al mismo tiempo las funciones biocatalíticas nuevas del despliegue. Las diversas funciones bioquímicas se pueden instalar exacto en sus superficies. De tal modo, los magnetosomes de bacterias vivas se transforman en nanoparticles multifuncionales con funciones y propiedades fascinadoras. Por otra parte, sigue habiendo las partículas completo - funcional cuando se aíslan de las bacterias - que pueden ser realizadas fácilmente aprovechándose de sus propiedades magnéticas inherentes,” dice a profesor Dirk Schüler, que llevó al equipo de investigación.

Una caja de herramientas genética para los usos en biomedecina y biotecnología

Functionalization de los magnetosomes se limita de ninguna manera a los grupos funcionales que fueron instalados en la superficie de la partícula por los microbiólogos de Bayreuth. En lugar, estas proteínas se pueden reemplazar fácilmente por otras funciones, así el ofrecer de una plataforma altamente versátil. La reprogramación genética por lo tanto abre un espectro amplio para diseñar la superficie magnetosome. Ofrece la base para una “caja de herramientas genética” que permita la producción de nanoparticles magnéticos adaptados, combinando diversas funciones y propiedades útiles. Cada uno de estas partículas está entre tres y cinco nanometres de tamaño.

Nuestra aproximación de la ingeniería genética es altamente selectiva y exacta, comparado a, por ejemplo, las técnicas de acoplamiento químicas que no están como eficiente y no faltan este alto nivel de mando.”

El Dr. Frank Mickoleit, primer autor del estudio, microbiólogo de Bayreuth

Él apunta a una ventaja decisiva de los nuevos biomateriales: Los “estudios anteriores muestran que los nanoparticles magnéticos son no dañinos probable a los cultivos celulares. El buen biocompatibility es un requisito previo importante para el uso futuro de las partículas en biomedecina, por ejemplo como agentes del contraste en técnicas de proyección de imagen magnéticas o como sensores magnéticos en diagnósticos. En el futuro, por ejemplo, las partículas similares pudieron ayudar a descubrir y a destruir las células del tumor. Los sistemas del biorreactor son otro campo del uso. Los nanoparticles magnéticos equipados de los catalizadores minúsculos serían altamente convenientes con este fin y habilitarían procesos bioquímicos complejos.

“Hay un potencial enorme del uso para los nanoparticles que visualizan a diversos grupos funcionales en la superficie, determinado en los campos biotecnología y biomedecina. Las bacterias magnéticas ahora pueden servir como plataforma para una nano-caja de herramientas versátil, inspirando creatividad científica en el campo de la biología sintetizada. Iniciará la investigación interesante adicional se acerca”, agrega al microbiólogo Clarissa Lanzloth B.Sc., que estuvo implicado en el nuevo estudio como co-autor durante la realización de su tesis principal en “bioquímica y biología molecular” en Bayreuth.

Source:
Journal reference:

Mickoleit, F., et al. (2020) A Versatile Toolkit for Controllable and Highly Selective Multifunctionalization of Bacterial Magnetic Nanoparticles. Small. doi.org/10.1002/smll.201906922.