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Un paso hacia las células artificiales, construidas a partir de silicio
En un paso hacia células artificiales sofisticadas, los científicos han diseñado un chip de silicio que puede producir proteínas a partir del ADN, la función más básica de la vida.
El sistema, aunque relativamente simple, sugiere un camino para imitar la vida con componentes parcialmente fabricados, dice Roy Bar Ziv , un científico de materiales del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel, que dirige el trabajo.
Las células crean constantemente proteínas a partir de instrucciones codificadas en secuencias de ADN. La cantidad de cada proteína que se produce está controlada por otros genes, a menudo en circuitos de retroalimentación complicados. Bar-Ziv llama a su célula en un chip un nuevo sistema que nos permite examinar cómo se activan y desactivan los genes fuera de la célula viva.
Los chips se crearon utilizando una técnica que el laboratorio de Bar-Ziv desarrolló hace varios años para anclar el ADN al silicio recubriendo primero la superficie con un químico activado por la luz. Usaron patrones de luz para crear puntos donde el ADN se une y se ensambla en paquetes similares a cepillos de dientes. Cada cepillo de ADN estaba confinado a un pequeño compartimento redondo. Estos compartimentos estaban unidos por un capilar estrecho de 20 micrómetros de ancho a un canal más grande, que transportaba un flujo de extractos líquidos de células bacterianas, todos los ingredientes necesarios para sintetizar proteínas a partir de los cepillos de ADN.
El sistema, descrito en un Ciencias papel en agosto por Bar-Ziv, junto con sus estudiantes Eyal Karzbrun y Alexandra Tayar, y Vicente Noireaux de la Universidad de Minnesota, permitió a los investigadores crear una red simple de genes que interactúan.
Una célula artificial simple tiene cámaras circulares grabadas en silicio. Estos contienen ADN y están conectados por canales de microfluidos a un baño de enzimas celulares.
Los científicos ya pueden sintetizar fácilmente proteínas a partir del ADN en un tubo de ensayo, pero esas reacciones eventualmente se esfuman a medida que las proteínas se acumulan y la síntesis se ralentiza. Eso ha dificultado la creación de circuitos genéticos funcionales (redes de genes y proteínas que interactúan) fuera de las células. Bar-Ziv dice que su chip supera ese problema al eliminar los productos de desecho. Además, al cambiar las longitudes de los canales que conducen a cada compartimento de ADN, pudo controlar la rapidez con la que las proteínas fabricadas en él se difundían a otras áreas del chip, lo que influye en otras reacciones. Si quieres reconstituir la naturaleza dinámica de los genes que suben y bajan, debes tener un mecanismo para degradar lo que haces, dice Bar-Ziv.
Otros biólogos sintéticos, llamados así porque buscan crear circuitos genéticos novedosos, también han comenzado a instalar sus programas de ADN fuera de los seres vivos, como en hojas de papel, con miras a crear nuevos tipos de pruebas de diagnóstico (ver Sintético Biólogos crean diagnóstico basado en papel para el ébola).
De manera similar, el chip de Bar-Ziv puede eventualmente conducir a aplicaciones en diagnóstico, detección ambiental o detección de drogas, con el giro de que podría mantener las reacciones durante más tiempo. Los científicos dicen que los chips podrían usarse para probar nuevas construcciones genéticas antes de que se coloquen en células reales, como las bacterias. Si puedo prototipar rápidamente estos diseños fuera de las celdas y luego seleccionar los mejores para ponerlos en las celdas, podría acelerar el proceso, dice timoteo lu , biólogo sintético del MIT.
El próximo paso, dice Bar-Ziv, es crear patrones más complejos y redes más grandes. Él espera eventualmente poder controlar cientos de genes diferentes en miles de células artificiales a la vez, permitiéndoles comunicarse e influirse entre sí, como en un organismo vivo. Eso todavía está lejos, admite. Pasar de un transistor a miles de millones no sucedió en un día, dice.