Los científicos han aprovechado el potencial de las bacterias para ayudar a construir células sintéticas avanzadas que imitan la funcionalidad de la vida real.

La investigación, dirigida por la Universidad de Bristol y publicada hoy en Nature, logra avances importantes en el despliegue de células sintéticas, conocidas como protocélulas, para representar con mayor precisión las complejas composiciones, estructuras y funciones de las células vivas.

Establecer una funcionalidad real en las protocélulas es un gran desafío global que abarca múltiples campos, desde la biología sintética y la bioingeniería de abajo hacia arriba hasta la investigación del origen de la vida. Los intentos anteriores de modelar protocélulas utilizando microcápsulas se han quedado cortos, por lo que el equipo de investigadores recurrió a bacterias para construir células sintéticas complejas utilizando un proceso de ensamblaje de material vivo.

El profesor Stephen Mann de la Facultad de Química de la Universidad de Bristol y el Centro de Biología Mínima Max Planck de Bristol junto con los colegas Drs. Can Xu, Nicolas Martin (actualmente en la Universidad de Burdeos) y Mei Li en el Centro de Investigación de Protolife de Bristol han demostrado una enfoque para la construcción de protocélulas altamente complejas utilizando microgotas viscosas llenas de bacterias vivas como un sitio de construcción microscópico.

En el primer paso, el equipo expuso las gotas vacías a dos tipos de bacterias. Una población fue capturada espontáneamente dentro de las gotitas mientras que la otra quedó atrapada en la superficie de las gotitas.

Luego, ambos tipos de bacterias se destruyeron para que los componentes celulares liberados quedaran atrapados dentro o en la superficie de las gotas para producir protocélulas bacteriogénicas recubiertas de membrana que contenían miles de moléculas biológicas, piezas y maquinaria.

Los investigadores descubrieron que las protocélulas podían producir moléculas ricas en energía (ATP) a través de la glucólisis y sintetizar ARN y proteínas mediante la expresión génica in vitro, lo que indica que los componentes bacterianos heredados permanecieron activos en las células sintéticas.

Probando más la capacidad de esta técnica, el equipo empleó una serie de pasos químicos para remodelar estructural y morfológicamente las protocélulas bacteriógenas. El ADN bacteriano liberado se condensó en una estructura similar a un núcleo único, y el interior de la gota se infiltró con una red similar al citoesqueleto de filamentos de proteínas y vacuolas de agua delimitadas por membranas.

Como un paso hacia la construcción de una entidad celular viva/sintética, los investigadores implantaron bacterias vivas en las protocélulas para generar una producción de ATP autosostenible y una activación a largo plazo para la glucólisis, la expresión génica y el ensamblaje del citoesqueleto. Curiosamente, las construcciones protovivientes adoptaron una morfología externa similar a la de una ameba debido al metabolismo y crecimiento bacteriano en el lugar para producir un sistema biónico celular con propiedades integradas similares a las de la vida.

El autor correspondiente, el profesor Stephen Mann, dijo : «Lograr una alta complejidad organizativa y funcional en células sintéticas es difícil, especialmente en condiciones cercanas al equilibrio. Con suerte, nuestro enfoque bacteriogénico actual ayudará a aumentar la complejidad de los modelos de protocélulas actuales, facilitará la integración de innumerables componentes biológicos y permiten el desarrollo de sistemas citomiméticos energizados».

El primer autor, el Dr. Can Xu, investigador asociado de la Universidad de Bristol, agregó : «Nuestro enfoque de ensamblaje de material vivo brinda una oportunidad para la construcción de abajo hacia arriba de construcciones simbióticas de células vivas/sintéticas. Por ejemplo, el uso de bacterias modificadas debería ser posible». para fabricar módulos complejos para el desarrollo en áreas diagnósticas y terapéuticas de biología sintética, así como en biofabricación y biotecnología en general».