Acelerando un cortacésped de proteínas

tEl cuerpo funciona como una máquina bien engrasada, que depende de motores moleculares basados ​​en proteínas para realizar funciones esenciales como la división celular, el transporte de carga, la locomoción celular y el mantenimiento de los tejidos. Inspirándose en los motores de la naturaleza, los investigadores han recreado los artificiales usando origami de ADN.¹ Sin embargo, Nancy Fordé, biofísico de la Universidad Simon Fraser, intentó recrear más fielmente estas máquinas biológicas con proteínas, especialmente proteínas no motoras, lo que parecía un sueño lejano. “En la naturaleza, las proteínas hacen todo el trabajo, por lo que tuvimos la loca idea de construir motores de proteínas sintéticas”, dijo Forde.

En un artículo reciente publicado en Comunicaciones de la naturalezaella y sus colegas de la Universidad de Nueva Gales del Sur y la Universidad de Lund dieron a conocer su motor artificial basado en proteínas, denominado el cortacespedque es capaz de realizar movimientos comparables a los motores biológicos.² Si bien los motores proteicos existentes se han basado en motores naturales, esta plataforma sintética de prueba de principio demuestra cómo las proteínas no motoras pueden construir motores. Estos resultados podrían ayudar a los investigadores a comprender mejor los intrincados sistemas motores para avanzar en las aplicaciones de la nanotecnología.

Chapín Korosec, entonces estudiante de posgrado en física en el grupo de Forde y ahora becario postdoctoral en matemáticas aplicadas en la Universidad de York, dirigió este trabajo. Él construyó el cortacéspeddonde el cortacésped consistía en una perla microesférica central equipada con “cuchillas”: miles de tripsina proteasas a nanoescala a lo largo de la superficie.³ Luego, los investigadores crearon un “césped” cargado con millones de fragmentos cortos de proteínas unidos a una superficie de sílice para que lo atravesara el cortacésped.

Para moverse, el cortacésped se impulsa mediante el principio de trinquete de puente quemado (BBR). Este movimiento molecular aprovecha las reacciones biológicas en las que las hojas de tripsina unen y escinden el pasto peptídico, lo que hace que el cortacésped busque preferentemente el siguiente parche de pasto peptídico sin cortar, rico en energía.

En primer lugar, la prueba de Korosec impulsó los cortacéspedes colocándolos sobre un césped peptídico bidimensional (2D) para que deambularan libremente. Un césped estaba repleto de péptidos, mientras que el otro estaba desnudo. Usando un microscopio, siguió los movimientos del motor durante 12 horas y las diferencias fueron sorprendentes. En un campo repleto de péptidos, los cortacéspedes mostraron un movimiento consistente con el mecanismo BBR y superaron a sus homólogos en céspedes desnudos y libres de péptidos al viajar mucho más lejos y más rápido. “Descubrimos que la proteína Lawnmower podría detenerse. No siempre se mueve continuamente. En cambio, se mueve en ráfagas. Se sienta, se sacude y luego vuelve a salir disparado”, dijo Korosec.

Dado que el cortacésped demostró movimiento direccional, los investigadores querían ver si también exhibía motilidad guiada por pistauna característica omnipresente en los motores moleculares biológicos.⁴ El equipo diseñó pistas estrechas con exuberantes céspedes peptídicos o césped desnudo a lo largo del fondo de los canales. Los cortacéspedes mostraban un movimiento similar al comportamiento observado en el césped 2D, rodando a lo largo de la pista predefinida.

El cortacésped demostró una motilidad autónoma y proporcionó una plataforma para futuros motores basados ​​en proteínas. “Estos [motors] tenemos el potencial para hacer un buen trabajo”, comentó henry hesse, ingeniero biomédico de la Universidad de Columbia que no participó en el estudio. “Este estudio realmente pone las proteínas en primer plano. Mi esperanza es que las proteínas se impongan… hacia la comprensión de funciones complejas a nanoescala… en términos de qué camino están tomando y luego cómo se puede interrumpir el movimiento y retomarlo”.

Aprovechar las proteínas para desarrollar motores proteicos artificiales es un desafío continuo. Sin embargo, el cortacésped demuestra la posibilidad de construir motores a partir de partes proteicas no motoras. A continuación, los investigadores esperan explorar diversas propiedades como la potencia, la velocidad y la direccionalidad. “Al diseñar motores basados ​​en proteínas más allá del cortacésped, estamos aprendiendo si es posible tratar las proteínas como modulares, como componentes de un juego de herramientas, y cómo hacerlo”, comentó Forde. “En tales casos, será más fácil construir motores a partir de diferentes piezas y comparar su función diseñada con nuestras predicciones”. Esta nanotecnología abre caminos en la construcción de futuros motores de proteínas artificiales con posibles aplicaciones a una variedad de problemas.

Referencias

1. Bazrafshan, A. et al. Los motores de origami de ADN sintonizables se trasladan balísticamente a distancias de μm a velocidades de nm/s. Angélica. Química. En t. Ed. 2020;59(24):9514-9521
2. Korosec CS, et al. Motilidad de un motor artificial autónomo basado en proteínas que funciona mediante un principio de puente quemado. Comuna Nacional. 2024;15:1511.
3. Kovacic S, et al. Diseño y construcción del cortacésped, motor de puentes quemados artificiales.. Traducción IEEE. NanoBiosci. 2015;14(3):305-312.
4. Schliwa M, Woehlke G. motores moleculares. Naturaleza. 2003;422(6933):759-765.