La formación de patrones es un fenómeno universal que subyace a procesos fundamentales en biología. Un ejemplo son los patrones de concentración de proteínas, que dirigen procesos celulares vitales, incluida la división celular, la polaridad y el movimiento. Estos patrones de proteínas surgen de la interacción de reacciones químicas y el transporte espacial de proteínas. El transporte puede ocurrir de forma pasiva (a través de la difusión) o activamente (a través de flujos). A diferencia de la difusión, el transporte por flujo exhibe una clara dirección espacial preferida. Sin embargo, hasta la fecha se han realizado pocas investigaciones sobre la influencia de los flujos en los patrones de proteínas. Un equipo dirigido por el profesor Erwin Frey, físico de LMU, en colaboración con el profesor Cees Dekker de la Universidad Tecnológica de Delft, ha investigado ahora esta cuestión fundamental utilizando el ejemplo paradigmático del sistema de proteína Min de E. coli.
Los investigadores utilizaron un enfoque interdisciplinario que combinó experimentos con ensayos de microfluidos y una teoría novedosa de formación de patrones de proteínas desarrollada por el grupo de Frey. En el ensayo de microfluidos, las proteínas Min pueden unirse y separarse de una bicapa lipídica que cubre las paredes de la cámara de microfluidos. Esto permite a los investigadores estudiar el comportamiento de las proteínas en condiciones que imitan de cerca el interior de una célula biológica real. De esta manera, los científicos pudieron demostrar que los flujos de fluidos provocan el movimiento y la alineación de los patrones de proteínas unidas a la membrana. Sorprendentemente, los patrones en forma de onda pueden moverse en la dirección del flujo o en contra. Cuál de estas direcciones de propagación ocurre depende de la proporción de concentraciones de proteína. Los investigadores muestran además cómo la dirección del movimiento de los patrones depende sutilmente de las reacciones químicas entre las proteínas.
« Los patrones unidos a la membrana pueden propagarse contra el flujo porque el flujo masivo cambia las concentraciones de proteínas en el citoplasma, pero no tiene efectos directos sobre las proteínas que ya están unidas a la membrana », dice Frey. « El impacto del flujo en los patrones de proteínas está determinado por cómo las proteínas se acumulan y depositan en la membrana ». Los investigadores proponen que el uso de flujos de fluidos podría ser una herramienta versátil para controlar patrones de proteínas e investigar los mecanismos moleculares de formación de patrones.