mayo 22, 2022

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Los bioingenieros han modelado el funcionamiento de la forma de vida sintética más básica del mundo.

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La vida es complicada. Incluso las células más pequeñas contienen una variedad alucinante de reacciones químicas que les permiten prosperar en un paisaje caótico.

Si queremos saber dónde trazar la línea entre la vida y las antiguas burbujas de sopa orgánica, es útil eliminar los extras no esenciales para exponer los componentes principales y luego trazar un mapa de cómo funciona cada uno de ellos.

Este ha sido el objetivo de los bioquímicos durante varios años, quienes a lo largo de los años han logrado diseñar algunos organismos sorprendentemente básicos que apenas se aferran a la vida en un laboratorio.

Ahora, científicos del Instituto J. Craig Venter y la Universidad de Illinois Urbana-Champaign en los EE. UU. y la Technische Universität Dresden en Alemania han dado el siguiente paso y han construido una simulación detallada de su último microbio minimalista.

«Lo nuevo aquí es que hemos desarrollado un modelo cinético tridimensional completamente dinámico de una célula viva mínima que imita lo que sucede en la célula real». dice La química Zaida Luthey-Schulten de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.

Luthey-Schulten dirigió un equipo de investigadores para analizar los diversos cambios genéticos, metabólicos y estructurales que ocurren en un cultivo replicante de bacterias sintéticas llamado JCVI-syn3A.

Simulando el funcionamiento de los organismos más básicos, como especies de micoplasma o el microbio común Escherichia coli, todavía requiere algunos factores de simulación matemática para modelar ampliamente las operaciones de varios subsistemas. Tejer la gama completa de descripciones detalladas de todo, desde genes hasta nutrientes, simplemente no fue posible, incluso para estas bacterias comparativamente simples.

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A principios de la década de 2000, los investigadores del Instituto J. Craig Venter eliminaron tantos genes como pudieron de Mycoplasma mycoides, dejando una versión que estuvo al borde de la supervivencia.

Esta forma de vida sintética, llamada JCVI-syn1.0, pronto fue reemplazada por algo aún más básico. JCVI-syn3.0.

Esta versión actualizada contiene solo 531.000 bases divididas entre 473 genes. Con todas sus necesidades nutricionales provistas por el laboratorio, su genoma básico se deja para que se encargue de la replicación y el crecimiento y poco más.

Aún así, JCVI-syn3.0 no es exactamente consistente en su crecimiento, produciendo una confusa diversidad de formas en su progenie. Se devolvieron algunos genes, lo que resultó en la versión más reciente de la célula mínima: JCVI-syn3A.

Sus creadores tienen una idea sólida de qué genes contiene su célula sintética, aunque todavía están trabajando exactamente lo que hace cada uno.

Para hacer las cosas aún más difíciles, es vital saber cómo se difunde cada átomo y molécula a través de la célula, una descripción que requiere un gran poder computacional para simular.

«Hemos desarrollado un modelo cinético tridimensional totalmente dinámico de una célula viva mínima», dice Luthey-Schulten.

«Nosso modelo abre uma janela sobre o funcionamento interno da célula, mostrando-nos como todos os componentes interagem e mudam em resposta a estímulos internos e externos. Este modelo – e outros modelos mais sofisticados que virão – nos ajudarão a entender melhor o princípios fundamentais de la vida».

Sin embargo, la simulación confirmó algunas sospechas, como el hecho de que la mayor parte de la energía de la célula minimalista se dedicó a arrastrar materiales esenciales a través de las membranas.

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También proporcionó una descripción precisa de las líneas de tiempo de las reacciones genéticas y metabólicas, explicando las relaciones entre la tasa de producción de lípidos y proteínas de membrana y los cambios en la forma celular.

Como JCVI-syn3A son esencialmente versiones reducidas de un organismo natural, son solo un ejemplo de cómo minimizar las funciones de la biología. La vida no es más que creativa en la forma en que supera los obstáculos para sobrevivir.

Ahora que tenemos un modelo probado para simular el crecimiento y desarrollo de JCVI-syn3A, los investigadores pueden volver a aumentar su complejidad para determinar cómo contribuyen diferentes genes a su función.

Podemos esperar nuevas versiones ‘lite’ no solo M. mycoides, pero otros organismos en un futuro próximo. Si no formas de vida sintéticas completamente nuevas.

La vida todavía puede ser complicada, pero estudiar ahora es mucho más fácil.

Esta investigación fue publicada en Celda.

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