Una nueva forma de transporte celular: ScienceDaily

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Biofísicos de la Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich han demostrado que un fenómeno conocido como difusioforesis, que puede conducir al transporte directo de partículas, puede ocurrir en sistemas biológicos.

Para realizar sus funciones biológicas, las células deben asegurarse de que sus programas logísticos se implementen sin problemas, de modo que las cargas moleculares necesarias se entreguen a sus destinos previstos a tiempo. La mayoría de los mecanismos de transporte conocidos en las células se basan en interacciones específicas entre la carga a transportar y las proteínas motoras consumidoras de energía que transportan la carga a su destino. Un grupo de investigadores dirigido por el físico de LMU Erwin Frey (presidente de Física Estadística y Biológica) y Petra Schwille del Instituto Max Planck de Bioquímica ha demostrado por primera vez que una forma de transporte directo de partículas puede ocurrir en las células, incluso en ausencia de motores moleculares. Además, este mecanismo puede clasificar las partículas transportadas por su tamaño, como informa el equipo en el último número de Física de la naturaleza.

El estudio se centra en el sistema MinDE de la bacteria E. coli, que es un modelo importante y establecido para la formación de patrones biológicos. Las dos proteínas MinD y MinE oscilan entre los polos en forma de varilla de la célula y su interacción mutua en la membrana celular finalmente limita el plano de división celular al centro de la célula. En este caso, los investigadores reconstruyeron el sistema de formación del modelo MinDE en el tubo de ensayo, utilizando proteínas Min purificadas y membranas artificiales. Como se predijo en experimentos anteriores, cuando se añadió la molécula ATP rica en energía a este sistema, las proteínas Min recapitularon el comportamiento oscilatorio observado en las células bacterianas. Más importante aún, los experimentadores demostraron que muchos tipos diferentes de moléculas podrían ser capturados por ondas oscilatorias a medida que atravesaban las membranas, incluso moléculas que no tienen nada que ver con la formación de patrones y que no se encuentran en las células en absoluto.

Una máquina clasificadora de origami de ADN

Para investigar el mecanismo de transporte con más detalle, el equipo recurrió a cargas que consistían en origami de ADN y podían anclarse a la membrana. Esta estrategia permite la creación de estructuras moleculares de varios tamaños y formas, basadas en interacciones programables de emparejamiento de bases entre cadenas de ADN. “Estos experimentos demostraron que este modo de transporte depende del tamaño de la carga y que MinD puede incluso clasificar estructuras según su tamaño”, dice Beatrice Ramm, postdoctoral en el departamento de Petra Schwille y primera autora conjunta del nuevo estudio. Con la ayuda de análisis teóricos, el grupo de Frey pasó a identificar el mecanismo de transporte subyacente como difusioforesis, el movimiento directo de partículas a lo largo de un gradiente de concentración. En el sistema Min, la fricción entre la carga y las proteínas Min difundidas es responsable de transportar la carga. Por lo tanto, el factor crucial en este contexto no es un conjunto específico de interacciones bioquímicas, como en el caso del transporte a través de proteínas motoras en las células biológicas, sino el tamaño real de las partículas involucradas. “Las partículas que se ven más afectadas por la fricción, debido a su gran tamaño, también se transportan más lejos; esto es lo que explica la clasificación por tamaño”, dice Andriy Goychuk, también primer coautor del artículo.

Con estos resultados, el equipo demostró la participación de una forma de transporte puramente física (en contraposición a la biológica) basada en la difusioforesis en un sistema de modelado biológico. “Este proceso es tan simple y fundamental que parece probable que desempeñe un papel en otros procesos celulares también, e incluso puede haber sido empleado en las primeras células en el origen de la vida”, dice Frey. “Y en el futuro, incluso puede ser posible usarlo para colocar moléculas en sitios específicos dentro de un mínimo de células artificiales”, agrega.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Ludwig-Maximilians-Universität München. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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