La investigación dirigida a comprender los mecanismos del COVID-19 o la enfermedad de Alzheimer requiere el análisis del interior de las células individuales. Un método es cultivar las células en una estructura tridimensional llamada hidrogel. Esta red, compuesta de proteínas o moléculas, imita las condiciones dentro del cuerpo.
Una nueva investigación realizada por la Universidad de Washington introduce una nueva clase de hidrogeles que no solo se crean fuera de las células, sino también dentro de ellas. El equipo de científicos diseñó estos hidrogeles utilizando computadoras para crear una estructura de proteínas específica. Estos hidrogeles exhiben propiedades mecánicas similares tanto dentro como fuera de las células, lo que proporciona a los investigadores una nueva herramienta para organizar proteínas dentro de las células.
Los resultados de este estudio se publicaron el 30 de enero en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
«En los últimos 10 años, ha habido un cambio en el campo de la biología celular», dijo el coautor Cole DeForest, profesor de ciencias químicas e ingeniería biológica de la Universidad de Washington. «Tradicionalmente, se creía que el interior de la célula consistía en orgánulos rodeados por membranas, como las mitocondrias o el núcleo celular. Sin embargo, los científicos están comenzando a darse cuenta de que las células tienen otras formas de localizar y concentrar diferentes moléculas o proteínas sin usar membranas, a través de interacciones proteína-proteína. Esto permite que la célula active o desactive funciones específicas que pueden ser útiles o llevar a enfermedades».
El enfoque innovador utilizado en esta investigación implicó el diseño de componentes proteicos utilizando computadoras. «Una proteína se puede imaginar como una cadena compuesta de aminoácidos. Esta cadena se pliega, creando una estructura tridimensional. Hay 20 tipos diferentes de aminoácidos y una proteína típica consta de 100 a 200 de ellos. Esto hace que el sistema sea muy complejo, porque, ¿cómo se puede predecir cómo se plegará la cadena?» dijo Rubul Mout, coautor del estudio. «Aquí es donde interviene la computadora, realizando cálculos para estimar la forma tridimensional más probable. De manera similar, puedes decirle qué forma quieres lograr y te sugerirá la secuencia que necesitas para construir la proteína».
Para obtener diferentes tipos de hidrogeles con diferentes propiedades, el equipo de científicos utilizó el diseño por computadora para controlar la flexibilidad de los componentes proteicos, así como su organización y conexión para formar el hidrogel. Se utilizaron dos métodos diferentes de conexión de los componentes proteicos: uno que conducía a conexiones irreversibles y otro que permitía que las proteínas se desconecten y vuelvan a conectarse.
Para probar si los hidrogeles dentro de las células tienen características similares a los hidrogeles fuera de ellas, los científicos examinaron si los componentes proteicos dentro de los hidrogeles podían moverse. Un hidrogel con mayor rigidez sería más probable que inmovilice las proteínas en un lugar en comparación con un gel más fluido. Las propiedades mecánicas de cada tipo de hidrogel permanecieron intactas incluso dentro de las células.
El equipo de científicos planea continuar investigando en este campo, incluida la mejora del control sobre el proceso de creación y localización de los hidrogeles dentro de las células.
Como enfatizaron los científicos, la colaboración entre los diseñadores de proteínas y los ingenieros químicos y biológicos fue una parte crucial de este proyecto. «Nuestra colaboración interdisciplinaria con el grupo de Cole ha sido muy emocionante y ha abierto nuevas vías para crear nuevas clases de biomateriales con una amplia gama de aplicaciones», dijo David Baker, director del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington.
FAQ:
1. ¿Qué son los hidrogeles?
Los hidrogeles son estructuras tridimensionales compuestas de proteínas o moléculas que imitan las condiciones dentro del cuerpo.
2. ¿Qué investigación se realizó en la Universidad de Washington?
La investigación en la Universidad de Washington se centró en la creación de una nueva clase de hidrogeles que se forman tanto fuera como dentro de las células.
3. ¿Cómo diseñaron los científicos los hidrogeles?
Los hidrogeles se diseñaron utilizando computadoras, lo que permitió controlar la flexibilidad de los componentes proteicos y su organización y conexión.
4. ¿Por qué son significativos los hidrogeles en la investigación científica?
Los hidrogeles sirven como herramienta para organizar proteínas dentro de las células, lo que permite el estudio de diferentes mecanismos de enfermedades y procesos biológicos.
5. ¿Cuáles son las propiedades mecánicas de los hidrogeles?
Las propiedades mecánicas de los hidrogeles son similares tanto dentro como fuera de las células, lo que significa que pueden comportarse de manera similar y cumplir sus funciones en ambos entornos.
6. ¿Cuáles serán los próximos pasos en la investigación de los hidrogeles?
Los científicos planean continuar investigando para mejorar el control sobre el proceso de creación y localización de los hidrogeles dentro de las células.
7. ¿Cuál es la importancia de la colaboración entre los diseñadores de proteínas y los ingenieros químicos y biológicos?
La colaboración entre estas áreas de la ciencia permite la creación de nuevas clases de biomateriales con una amplia gama de aplicaciones.
Referencias:
– Universidad de Washington
– Proceedings of the National Academy of Sciences
The source of the article is from the blog lisboatv.pt