Convencen a una proteína para que forme estructuras sintéticas

Los científicos han soñado durante mucho tiempo con la creación de estructuras sintéticas a partir de la misma materia prima que la naturaleza utiliza en los sistemas vivos: las proteínas.

Consideran que tal avance permitiría el desarrollo de nanomáquinas transformadoras, por ejemplo, jaulas moleculares que administran con precisión medicamentos de quimioterapia a los tumores, o sistemas fotosintéticos para recoger energía de la luz.

Ahora, un equipo de biólogos de la Universidad de Texas en Austin y de la Universidad de Michigan han inventado una forma de construir estructuras sintéticas a partir de proteínas, y al igual que en la naturaleza, el método es simple y podría usarse para una variedad de propósitos.

"Creemos que podemos usar estas estructuras como Legos para construir cosas más grandes", explica David Taylor, uno de los artífices de esta investigación, en un comunicado.  "También conocemos algunas de las reglas para modificar la receta básica para hacer diferentes tipos de bloques de construcción", añade.

Como prueba, el equipo construyó pequeñas estructuras que se asemejan a dos donuts apilados uno encima del otro mediante la aplicación de cargas eléctricas a puntos específicos de proteínas naturales.

Investigaciones anteriores habían logrado crear estructuras sintéticas a partir de proteínas, pero solo después de colocar algo sobre las proteínas o crear nuevas proteínas desde cero, lo que hace que los métodos anteriores sean complicados, necesiten mucho tiempo y sean limitantes.

Imitando a las proteínas

El nuevo método, denominado "SUpercharged PRotein Assembly (SuPrA)", imita la forma en que funcionan las proteínas en los organismos vivos, al igual que las máquinas moleculares que llevan a cabo las diferentes funciones de la vida: las estructuras en el nuevo método son autosuficientes para el montaje y además flexibles.

"Nuestro enfoque toma una proteína que normalmente no se ensambla, y le da muchos sitios potenciales donde podría hacerlo, permitiéndole 'elegir' el sitio que se adapta mejor al resto de su geometría y química", añade Anna Simon, coautora del artículo.

"Esto es importante porque permite que las proteínas se organicen en estructuras más grandes sin tener que entender de antemano exactamente cómo encajarán", añade.

Para demostrar su concepto, los investigadores comenzaron con una proteína verde fluorescente, que se usa como una etiqueta brillante en todo tipo de experimentos biológicos. Crearon dos versiones ligeramente diferentes de esa proteína, utilizando un método nunca antes intentado: agregando cargas eléctricas para incitar a la proteína a formar estructuras simétricas y discretas.

Una versión de la proteína tenía cargas positivas agregadas en ciertos puntos, y se mezcló en una solución con una segunda versión de la misma proteína que tenía cargas negativas en ciertos lugares. El equipo descubrió que cada versión se autoensamblaba en innumerables estructuras minúsculas o complejos macromoleculares, cada una con el mismo número y disposición de proteínas.

Debido a que este método permite construir estructuras a partir de proteínas naturales, los investigadores dicen que ofrece a la ciencia una nueva herramienta que es escalable, asequible y sostenible.

"Es como la gente usa impresoras 3D para hacer cosas con materiales que no habrían usado en el pasado", concluye Taylor. "Este nuevo método nos da otra opción para los materiales. Estos materiales se pueden obtener fácilmente, son baratos y no dañinos para el medio ambiente".

Referencia

Supercharging enables organized assembly of synthetic biomolecules. Anna J. Simon et al. Nature Chemistry (2019). DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-018-0196-3