Crear una célula viva desde cero es un gran desafío, no solo en el campo de la biología sintética, sino también para la ciencia en general.
La tecnología actual ha permitido la creación de muchos sistemas subcelulares al combinar moléculas y genes, y aunque se han logrado reproducir algunas funciones celulares, hasta ahora no se ha logrado reconstruir el sistema de producción de energía en las células artificiales.
Las células vivas reales se distinguen por construir y organizar sus propios componentes, lo que ha llevado a los investigadores a plantearse la meta de crear células artificiales que de forma análoga a las naturales, puedan sintetizar sus propios constituyentes utilizando la energía disponible en el medio ambiente.
Capaces de producir energía
En este sentido, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio reporta haber construido exitosamente células artificiales simples que pueden producir energía química que les ayudan a sintetizar partes de su propia construcción.
Eso hace que estas células artificiales se parezcan mucho más a las células biológicas reales: células que pueden construir y organizar sus propios bloques de construcción de forma natural.
En la investigación, los autores combinaron un sistema de síntesis de proteínas que consistía en varias macromoléculas biológicas recolectadas de células vivas, y pequeños agregados de proteínas y lípidos llamados proteoliposomas, que contenían las proteínas ATP sintasa y bacteriorrodopsina, también purificadas de células vivas, dentro de membranas lipídicas sintéticas.
La ATP sintasa es un complejo de proteínas biológicas que utiliza la diferencia de energía potencial entre el líquido dentro de una célula y el líquido en el entorno para producir la molécula trifosfato de adenosina (ATP), que es la unidad de energía de la célula.
La bacteriorrodopsina es una proteína que recolecta luz de microbios primitivos, los cuales usan energía de la luz para transportar iones de hidrógeno fuera de la célula, generando así una diferencia de energía potencial para ayudar a la ATP sintasa a funcionar.
Durante los experimentos, el proceso de fotosíntesis ocurrió como lo esperaban los científicos. Las células artificiales imitaron a las células reales creando ARN mensajero (ARNm) a partir del ADN y luego elaborando proteínas a partir del ARNm.
Células autosustentables
El punto a resaltar es la capacidad de las células para producir esa energía y realizar su propia síntesis, lo que potencialmente lleva a la creación de células artificiales independientes que pueden sostenerse por sí mismas.
Los autores señalan que los resultados de esta investigación demuestran que un sistema simple de inspiración biológica es capaz de suministrar energía para dirigir la expresión génica dentro de un microcompartimiento.
Por lo tanto, las células primordiales que utilizan la luz solar como fuente de energía primaria podrían haber existido en una etapa temprana de la evolución de la vida, antes de que surgieran las modernas células autótrofas.
El equipo cree que los intentos de construir células artificiales vivas ayudarán a comprender cómo en la Tierra primitiva surgieron organismos con vida a partir de materia inorgánica, y ayudarán a desarrollar dispositivos basados en la biología que pueden detectar la luz y provocar reacciones bioquímicas.
Referencia: Artificial photosynthetic cell producing energy for protein synthesis. Nature Communications, 2019. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09147-4