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Científicos construyen células fotosintéticas artificiales.

Un equipo dirigido por el profesor asociado Yutetsu Kuruma del Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida (ELSI) en el Instituto de Tecnología de Tokio ha construido células artificiales simples que pueden producir energía química que ayuda a sintetizar partes de las células en sí mismas. Este trabajo marca un hito importante en la construcción de células artificiales totalmente fotosintéticas, y puede arrojar luz sobre cómo las células primordiales usaron la luz solar como fuente de energía al principio de la historia de la vida.

Los científicos construyen células artificiales como modelos de células primitivas, así como también para entender cómo funcionan las células modernas. Muchos sistemas subcelulares ahora se han construido simplemente mezclando componentes celulares juntos. Sin embargo, las células vivas reales construyen y organizan sus propios componentes. También ha sido un objetivo de tiempo de investigación para construir células artificiales que también puedan sintetizar sus propios constituyentes utilizando la energía disponible en el medio ambiente.

El equipo de Tokyo Tech combinó un sistema de síntesis de proteínas sin células, que consistía en varias macromoléculas biológicas recolectadas de células vivas, y pequeños agregados de proteínas y lípidos llamados proteoliposomas, que contenían las proteínas ATP sintasa y bacteriorrodopsina, también purificadas de células vivas, dentro de gigantes Vesículas sintéticas. La ATP sintasa es un complejo de proteínas biológicas que utiliza la diferencia de energía potencial entre el líquido dentro de una célula y el líquido en el entorno de la célula para producir la molécula trifosfato de adenosina (ATP), que es la moneda de energía de la célula. La bacteriorrodopsina es una proteína que recolecta luz de microbios primitivos que usa energía de la luz para transportar iones de hidrógeno.fuera de la célula, generando así una diferencia de energía potencial para ayudar a la ATP sintasa a funcionar. Por lo tanto, estas células artificiales podrían usar la luz para hacer un gradiente de iones de hidrógeno que ayudaría a hacer que las células de combustible usen sus sistemas subcelulares, incluyendo la producción de más proteínas.

Tal como esperaban los científicos, el ATP fotosintetizado se consumió como un sustrato para la transcripción, el proceso mediante el cual la biología produce el ARN mensajero (ARNm) a partir del ADN, y como fuente de energía para la traducción, el proceso mediante el cual la biología produce la proteína del ARNm. Al incluir también los genes de partes de la ATP sintasa y la bacteriorrodopsina de captación de luz, estos procesos también conducen finalmente a la síntesis de más bacteriorrodopsina y las proteínas constituyentes de la ATP sintasa, algunas copias de las cuales se incluyeron para «poner en marcha» el proteoliposoma. Las partes de bacteriorrodopsina y ATP sintasa recién formadas se integraron espontáneamente en los orgánulos fotosintéticos artificiales y aumentaron aún más la actividad de fotosíntesis del ATP.

Kuruma cree que el punto de mayor impacto de este trabajo es que las células artificiales pueden producir energía para sintetizar las partes de la célula en sí. Esto significa que las células artificiales podrían ser energéticamente independientes y entonces sería posible construir células autosostenidas, al igual que las células biológicas reales.

Sin embargo, este trabajo demuestra que un sistema simple de inspiración biológica que incluye dos tipos de proteínas de membrana es capaz de suministrar energía para dirigir la expresión génica dentro de un microcompartimiento. Por lo tanto, las células primordiales que utilizan la luz solar como fuente de energía primaria podrían haber existido en una etapa temprana de la evolución de la vida antes de que surgieran las modernas células autótrofas. El equipo cree que los intentos de construir células artificiales vivas ayudarán a comprender la transición de la materia no viva a la viva que tuvo lugar en la Tierra primitiva y ayudarán a desarrollar dispositivos basados ​​en la biología que pueden detectar la luz y provocar reacciones bioquímicas. Estos sistemas de células fotosintéticas artificiales también ayudan a allanar el camino para la construcción de células artificiales energéticamente independientes.

Referencia: Samuel Berhanu et al, Celda artificial fotosintética que produce energía para la síntesis de proteínas, Nature Communications(2019). DOI: 10.1038 / s41467-019-09147-4

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