Crean el primer nano ordenador basado en proteínas

Los enfoques tradicionales de biología sintética para las terapias basadas en células, como las que destruyen las células cancerosas o fomentan la regeneración de tejidos después de una lesión, se basan en la expresión o supresión de proteínas que producen una acción deseada dentro de una célula. Básicamente se trata de impedir o propiciar que una célula realice determinada función. Este enfoque puede llevar tiempo, uno necesario para que las proteínas se expresen y se degraden. Y eso cuesta energía celular. Ahora un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Pennsilvania, liderado por Nikolay Dokholyan, ha creado el primer agente de nanocomputación basado en proteínas que funciona como un circuito.

"Estamos diseñando proteínas que producen directamente una acción deseada – explica Dokholyan –. Nuestros dispositivos basados en proteínas o agentes de nanocomputación responden directamente a los estímulos (entradas) y luego producen una acción deseada (salidas)”.

En el estudio, publicado en Science Advances, los autores describen cómo diseñaron una proteína diana integrando dos sensores que responden a los estímulos. En este caso, la proteína diana responde a la luz y a un fármaco llamado rapamicina ajustando su orientación o posición en el espacio. Para probar su diseño, el equipo introdujo su proteína modificada en células vivas en cultivo. Durante la exposición de las células cultivadas a los estímulos, se midieron los cambios en la orientación celular.

En estudios previos el equipo de Dokholyan, había diseñado un sistema similar solo que necesitaba dos entradas o estímulos para producir una salida. Ahora hay dos salidas posibles y que la salida depende del orden en que se reciben los estímulos. Si se detecta primero la rapamicina, seguida de la luz, la célula adoptará un ángulo de orientación celular, pero si los estímulos se reciben en orden inverso, la célula adoptará un ángulo de orientación diferente. Esta prueba de concepto experimental abre la puerta para el desarrollo de agentes de nanocomputación más complejos.

“Teóricamente, cuantas más entradas incorpores en un agente de nanocomputación, más resultados potenciales podrían resultar de diferentes combinaciones – afirma Jiaxing Chen, coautor del estudio –. Las entradas potenciales podrían incluir estímulos físicos o químicos y las salidas podrían incluir cambios en los comportamientos celulares, como la dirección celular, la migración, la modificación de la expresión génica y la citotoxicidad de las células inmunitarias contra las células cancerosas”.

El equipo planea desarrollar aún más sus agentes de nanocomputación y experimentar con diferentes aplicaciones para que algún día se utilice en terapias basadas en células para enfermedades autoinmunes, infecciones virales, diabetes, lesiones nerviosas y cáncer.