El nuevo biosensor hace que la hormona de control de auxina sea visible en las células

Los efectos de la hormona vegetal auxina se describieron científicamente por primera vez hace casi 100 años. Hoy sabemos que la auxina controla innumerables procesos en las células vegetales, ya sea el desarrollo del embrión en la semilla, la formación del sistema de raíces o la orientación del crecimiento a la luz solar incidente. En todos los casos, la hormona tiene la función de coordinar las respuestas de la planta a los estímulos externos. Para ello, debe estar siempre presente en el tejido celular donde debe activarse la respuesta a un estímulo externo. De hecho, a menudo ocurre que la auxina se necesita en lugares muy diferentes del tejido celular en un período de tiempo muy corto. Esto conduce a una rápida redistribución espacial. Con el nuevo biosensor, llamado AuxSen para abreviar, la dinámica de estos procesos se puede observar por primera vez en tiempo real. Las señales de luz indican dónde se encuentra la auxina en el tejido celular. La peculiaridad de este sensor es que no es un dispositivo técnico que deba introducirse en las plantas, sino una proteína artificial que las plantas están diseñadas para producir por sí mismas.

La aplicación del biosensor ya ha dado lugar a algunos resultados sorprendentes. Un ejemplo es la rápida redistribución de auxinas cuando una planta se pone boca abajo. Cuando la punta de la raíz ya no apunta hacia abajo sino en diagonal hacia arriba, las moléculas de auxina responsables del crecimiento de la raíz se acumulan en la nueva parte inferior de la punta de la raíz en solo un minuto. Y después de colocarlo boca arriba, la antigua distribución de auxinas se restablece después de solo un minuto.

Bioquímica de proteínas y biología vegetal en combinación

El desarrollo del biosensor es el resultado de muchos años de colaboración interdisciplinaria. Un equipo dirigido por el Prof.Dr. Birte Höcker, Profesor de Diseño de Proteínas en la Universidad de Bayreuth, y un equipo dirigido por el Prof.Dr. Gerte Jürgens en el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo, han combinado sus conocimientos y muchos años de experiencia. . «Se prevé que el nuevo biosensor revelará muchos más conocimientos inesperados sobre el funcionamiento interno de las plantas y su respuesta a los estímulos externos durante los próximos años. El desarrollo del sensor ha sido un proceso largo en el que hemos obtenido conocimientos fundamentales sobre cómo las proteínas se pueden alterar selectivamente para unir moléculas pequeñas específicas «, dice el Prof. Dr. Birte Höcker.

«Ya hay mucho interés en el nuevo sensor y se puede esperar que se desarrollen variantes optimizadas de AuxSen en los próximos años para permitir un análisis aún mejor de los diferentes procesos regulados por auxinas en las plantas. Con nuestra nueva publicación en Naturaleza, deseamos animar a la comunidad científica a incrementar la investigación en esta dirección. Nuestros resultados hasta ahora son un ejemplo de lo fructífera que puede ser la cooperación interdisciplinaria en este campo «, explica el Prof. Dr. Gerd Jürgens del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Tübingen.

Ventajas del biosensor: alta calidad de señal y fuerza de unión óptima con auxina

Al principio del desarrollo del biosensor había una proteína en la bacteria E. coli, que se une al aminoácido triptófano, pero mucho más mal a la auxina químicamente relacionada. Esta proteína se acopló con dos proteínas que fluorescen cuando se excitan con luz de cierta longitud de onda. Si estas proteínas asociadas se acercan mucho entre sí, su fluorescencia aumenta drásticamente. Entonces se produce una transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET). El siguiente paso fue crucial: la proteína inicial tuvo que ser modificada genéticamente para que se una mejor a la auxina y menos al triptófano. Al mismo tiempo, el efecto FRET de las moléculas asociadas siempre debe ocurrir cuando la proteína se une a la auxina, y solo entonces. Con este objetivo en mente, se crearon y probaron alrededor de 2.000 variantes de la proteína hasta encontrar una molécula que cumpliera con todos los requisitos. Así nació el biosensor AuxSen: fuertes señales fluorescentes que indican dónde se encuentra la hormona vital en el tejido celular.

Otro desafío fue permitir que las plantas produjeran AuxSen por sí mismas. Por un lado, era necesario asegurarse de que AuxSen se una a las moléculas de auxina existentes en tantas células como sea posible. Esta era la única forma de mapear completamente la distribución espacial de auxina en la célula y producir una señal de alta calidad. Por otro lado, sin embargo, no se debe impedir permanentemente que las moléculas de auxina cumplan con sus tareas originales en el organismo vegetal debido a que se unen a AuxSen. Sin embargo, los dos grupos de investigación lograron encontrar una solución de compromiso. Las plantas han sido modificadas genéticamente para producir grandes cantidades de AuxSen en todo su tejido celular. Pero esto solo sucedería si fuera estimulado por una sustancia especial, y solo por un corto tiempo. De esta manera, el biosensor proporciona instantáneas precisas de la distribución de auxinas en las células sin afectar permanentemente los procesos controlados por auxinas.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universität Bayreuth. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.