Cómo las moléculas crowding ensamblan gotas de ADN sintético

Elevar las temperaturas de condensación con polímeros

Dentro de las células vivas, las proteínas y los ácidos nucleicos se agrupan en compartimentos densos conocidos como condensados biomoleculares. Estos compartimentos se forman mediante separación de fases líquido-líquido, pero reproducirlos en soluciones de laboratorio puras a menudo exige condiciones distintas de las del interior celular abarrotado. Impulsando esta innovación bioquímica, un grupo de investigación dirigido por el profesor Masahiro Takinoue en el Institute of Science Tokyo diseñó estructuras ramificadas sintéticas en forma de Y llamadas nanoestrellas de ADN, según informó Phys.org.

Las nanoestrellas se enlazan entre sí mediante secuencias complementarias cortas llamadas extremos adhesivos. Al enfriarse desde 85 °C sin aditivos, las nanoestrellas se condensaban en gotas solo por debajo de 63 °C. Añadir agentes de crowding cambió ese umbral. Introducir una concentración del 10 % de polietilenglicol (PEG) permitió que las gotas se ensamblaran a 76 °C, mientras que el dextrano y el Ficoll elevaron las temperaturas de ensamblaje a 65 °C y 67 °C, respectivamente. El PEG de alto peso molecular de 7,5 kDa resultó el agente más eficaz. El PEG no pudo desencadenar la condensación por sí solo: al probarlo con nanoestrellas sin extremos adhesivos, no se formaron gotas.

«Estos hallazgos revelan que el crowding macromolecular no es solo una característica del entorno celular, sino que también sirve como un potente parámetro de diseño para la ingeniería de condensados de ADN artificiales».

— Masahiro Takinoue, profesor del Institute of Science Tokyo

Agrupar gotas sin fusionarlas

Los investigadores también probaron si el crowding podía controlar cómo se organizan entre sí gotas distintas. Según se detalla en la revista JACS Au y según informó Phys.org, el equipo preparó dos conjuntos distintos de nanoestrellas cuyos extremos adhesivos no podían unirse entre sí. En condiciones normales, estas poblaciones formaban gotas separadas que permanecían apartadas y no se fusionaban.

Añadir PEG alteró su comportamiento espacial. La presión osmótica circundante puso en contacto directo las gotas diferentes sin permitir que se fusionaran en una única fase líquida. Ajustando la concentración de PEG, la proporción de las nanoestrellas y la concentración de sal en la solución, el equipo produjo redes alternas. En pruebas adicionales, los investigadores organizaron hasta tres tipos distintos de nanoestrellas de ADN en patrones ordenados.

De los condensados moleculares a las máquinas programables

El estudio se llevó a cabo con el estudiante de posgrado Naoki C. Yoshida, de Science Tokyo, la doctora Mayu Shono, de The University of Tokyo, y el profesor Kenichi Yoshikawa, de Doshisha University. En su trabajo publicado, los autores describen el crowding no solo como ruido de fondo dentro de una célula, sino como un parámetro de control directo para la biología sintética.

Aunque los artículos científicos que detallan química fundamental no siempre dan lugar a una patente comercial o a presentaciones inmediatas de propiedad intelectual, los principios establecidos por esta invención sintética podrían orientar hardware práctico. Takinoue señaló que el método proporciona reglas de diseño para desarrollar tejidos celulares artificiales, redes de comunicación molecular, sistemas de computación molecular y micromáquinas programables que funcionan mediante autoorganización guiada.

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