BIOTECNOLOGÍA Figura 2. Aproximaciones SynBio “bottom-up” a la reconstitución de un complejo macromolecular funcional en la división celular y a la creación de un dispositivo que genera una amiloidosis modelo en bacterias. (A) Reconstrucción del primer complejo macromolecular (el proto-anillo) de la maquinaria de división (el divisoma) en sistemas mínimos de membrana (nanodiscos, microesferas y bicapas) y en contenedores citomiméticos (vesículas y microgotas). Las proteínas del proto-anillo están coloreadas; el resto de los elementos del divisoma se muestran en gris oscuro. Las esferas grises del esquema superior reflejan el aglomerado interior celular. (B) El proceso por el que el dominio WH1 de la proteína RepA actúa como interruptor entre la represión de la transcripción o en el disparo de la replicación del ADN (arriba) puede ser rediseñado para que RepA-WH1 se ensamble como fibras amiloides (panel intermedio) que resultan citotóxicas para las bacterias. En éstas, como se ve en vesículas lipídicas citomiméticas, RepA-WH1 también puede ensamblarse como poros al interaccionar con la membrana (abajo). Para más detalles, ver refs. (12 y 14). lares mínimos es un objetivo atractivo, pero también supone un importante reto experimental, teniendo en cuenta la naturaleza altamente dinámica de la mayor parte de estas máquinas (que, en muchos casos, están asociadas a estructuras de membrana) y la dificultad de ensayar sus reacciones funcionales. Sin embargo, en los últimos años, el progreso en el conocimiento de la organización bioquímica y estructural de estas máquinas moleculares, unido a los avances tecnológicos (en microscopías de alta resolución espacio-temporal y en el análisis de imagen, la producción de sistemas mínimos de membrana, etc.) han puesto este objetivo a nuestro alcance. Por lo tanto, parece razonable esperar que la aplicación de estrategias sintéticas bottom-up permitirá la construcción de ensamblajes moleculares funcionales en el tubo de ensayo a partir de un conjunto mínimo de elementos. Este enfoque sintético será de gran ayuda para verificar (o refutar) conclusiones derivadas del análisis clásico en los niveles molecular y celular y para completar nuestra comprensión de cómo funcionan las maquinarias moleculares. Durante los últimos cinco años hemos asistido a la explosión del potencial de la SynBio bottom-up. A ello ha contribuido decisivamente la síntesis química eficiente de secuencias de ADN de una longitud cada mayor longitud - hasta abarcar genes y operones enteros - y a precios más asequibles. Nuevas y sofisticadas herramientas para la edición y construcción de secuencias, tanto en el tubo de ensayo como en bacterias y levaduras, son el siguiente nivel en el arsenal con el que la SynBio aborda la ingeniería de genomas. Entre ellas destaca el sistema CRISPR-Cas, cuya primera identificación se debe al español Francisco Mojica en la Universidad de Alicante2. Gracias a estos desarrollos tecnológicos, es hoy posible el ensamblaje y rediseño de ADN virales o bacterianos completos, como los realizados por Craig Venter3, o de un cromosoma de levadura por Jeff Boeke4, ambos grupos en los EE. UU. Otra aportación pionera de SynBio bottom-up proviene del grupo de Jason Chin - Laboratorio de Biología Molecular del MRC, Cambridge, Reino Unido -5, al asignar un nuevo significado a uno de los tripletes - grupo de tres nucleótidos o “letras” contiguas - que constituyen naturalmente en los ARN mensajeros una señal de terminación. Este avance permite la introducción a voluntad de uno o más aminoácidos no naturales (v.g., con estructuras químicas diseñadas en el laboratorio, no presentes en los seres vivos) en posiciones concretas de la secuencia de una proteína. Este trabajo, junto con la lectura alternativa del mensaje genético como tétradas en vez de tripletes (su marco de lectura natural), implica el haber rediseñado con éxito una maquinaria de traducción verdaderamente ortogonal, paralela a la natural del hospedador. En la actualidad, la incorporación de residuos aminoácidos no naturales en las proteínas –como las realizadas por George Church y colaboradores en los EE. UU.6– o de nucleótidos artificiales en el ADN - aproximación seguida por el grupo de Floyd Romesberg también en los EE. UU.7 - ha permitido desarrollar microorganismos totalmente dependientes de la administración de dichos aminoácidos y/o nucleótidos artificiales en el medio, haciéndolos inviables en el medioambiente en el caso de producirse su liberación accidental en el laboratorio o, en un futuro previsible, en procesos industriales. Estas aproximaciones se complementan con otras que, desde la Química, elaboran sobre péptidos, polímeros péptido miméticos y ensamblajes basados en el ADN (origamis) para la construcción de andamios y contenedores bioinspirados sobre los que funcionalizar proteínas de interés. Una contribución adicional y crucial a la ingeniería de proteínas proviene del desarrollo de potentes herramientas informáticas que, fundamentadas en la adaptación para las biomoléculas de los principios de la dinámica Newtoniana y de la mecánica cuántica, elaboran sobre la ingente información libremente accesible en los 72 MAYO/JUNIO16 FARMESPAÑA INDUSTRIAL
F+I 74 LR
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