Los investigadores han creado un método mejorado para activar y desactivar genes mediante señales eléctricas.
Investigadores, dirigidos por expertos del Imperial College London, han desarrollado un nuevo método que permite alterar con precisión la expresión génica mediante el suministro y la eliminación de electrones.
Esto podría ayudar a controlar los implantes biomédicos en el cuerpo o las reacciones en grandes ‘biorreactores’ que producen fármacos y otros compuestos útiles. Los estímulos actuales utilizados para iniciar tales reacciones a menudo no pueden penetrar los materiales o presentan un riesgo de toxicidad: la electricidad tiene la solución.
La expresión génica es el proceso mediante el cual los genes se ‘activan’ para producir nuevas moléculas y otros efectos posteriores en las células. En los organismos, está regulado por regiones del ADN denominadas promotores. Algunos promotores, llamados promotores inducibles, pueden responder a diferentes estímulos, como la luz, los productos químicos y la temperatura.
El uso de electricidad para controlar la expresión génica ha abierto un nuevo campo de investigación y, si bien estos sistemas electrogenéticos se han identificado previamente, han carecido de precisión durante la presencia o ausencia de señales eléctricas, lo que limita sus aplicaciones. El nuevo sistema propuesto, con promotores diseñados, permite obtener tal precisión por primera vez utilizando estímulos eléctricos en bacterias.
La investigación se publica hoy en Avances de la ciencia.
El coautor principal, Joshua Lawrence, dijo: «Un problema importante en la biología sintética es que es difícil controlar los sistemas biológicos de la forma en que controlamos los artificiales. Si queremos que una célula produzca una sustancia química específica en un momento determinado, podemos No solo cambia una configuración en una computadora, tenemos que agregar un químico o cambiar las condiciones de luz.
«Las herramientas que hemos creado como parte de este proyecto permitirán a los investigadores controlar la expresión génica y el comportamiento de las células con señales eléctricas sin pérdida de rendimiento.
«Esperamos que al desarrollar aún más estas herramientas, realmente podamos controlar los sistemas biológicos con solo presionar un interruptor».
En esta investigación, el PmediasEl promotor S fue rediseñado para responder con más fuerza a los estímulos eléctricos, proporcionados por la entrega de electrones. El P recién diseñadomediasLos promotores S pudieron no solo activar la expresión génica sino también reprimirla.
Hasta ahora, la expresión génica estimulada eléctricamente ha sido difícil de realizar en presencia de oxígeno, lo que limita su uso en aplicaciones de la vida real. El nuevo método es viable en presencia de oxígeno, lo que significa que puede replicarse en diferentes especies de bacterias y usarse en aplicaciones como implantes médicos y procesos bioindustriales. Las herramientas electroquímicas se pueden ajustar para diferentes tareas ajustándolas a un nivel específico, a través del cambio en el potencial del electrodo.
Los implantes biomédicos a menudo usan un estímulo para producir una determinada droga u hormona en el cuerpo. No todos los estímulos son adecuados; la luz no puede penetrar en el cuerpo humano y la ingestión de productos químicos puede provocar toxicidad. Los estímulos eléctricos se pueden administrar a través de electrodos, proporcionando una entrega directa y segura.
Para los biorreactores grandes (a veces del tamaño de un edificio), que producen productos químicos, medicamentos o combustibles, el gran volumen de cultivo puede ser difícil de penetrar con luz y caro para alimentar con inductores químicos, por lo que la entrega de electrones proporciona una solución.
Para su estudio de prueba de concepto, los investigadores tomaron la proteína ‘brillante’ de las medusas y usaron el nuevo promotor y los electrones para inducir su expresión en bacterias, haciendo que las células brillen solo cuando el sistema estaba ‘encendido’. En una configuración diferente del sistema, los investigadores crearon una bacteria que brillaba cuando el sistema estaba «apagado» y dejaba de brillar cuando el sistema estaba «encendido».
El Dr. Rodrigo Ledesma Amaro, profesor del Imperial College London y líder del grupo de investigación RLAlab, dijo: «El proyecto se originó como una idea de cielo azul durante una competencia de estudiantes de biología sintética.
«Gracias a una gran dedicación, años de trabajo y un gran esfuerzo de equipo, esa idea inicial se convirtió en realidad y ahora tenemos una variedad de nuevas tecnologías para usar la electricidad para controlar el destino de las células».
El equipo ahora planea desarrollar diferentes promotores que actuarán para inducir diferentes factores posteriores, de modo que las señales eléctricas simultáneas puedan expresar diferentes genes, independientemente unos de otros. Construir una biblioteca más grande de promotores y factores posteriores significa que el sistema actual se puede adaptar para su uso en levaduras, plantas y animales.
La Dra. Ledesma-Amaro, del Departamento de Bioingeniería de Imperial, supervisó la investigación que llevaron a cabo Joshua Lawrence, actualmente en la Universidad de Cambridge y Yutong Yin, actualmente en la Universidad de Oxford. La investigación es el resultado de colaboraciones más amplias de expertos de los Departamentos de Química, Ciencias de la Vida y Bioingeniería de Imperial, el Centro de Traducción e Innovación del Imperial College, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Milán.
