Refleja las características químicas de miles de componentes celulares a escala atómica

Investigadores norteamericanos han simulado en 3D el comportamiento de una célula viva de solo 493 genes: imita lo que ocurre en una célula real y ayuda a comprender mejor los principios fundamentales de la vida.

Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (EE UU) han construido una minicélula viva con un genoma reducido a lo más esencial (493 genes), así como un modelo informático de la célula que refleja su comportamiento.

Para comprender mejor la proeza tecnológica, hay que recordar que, por ejemplo, cada una de las células del cuerpo humano contiene entre 25.000 y 35.000 genes.

Se trata de un modelo cinético tridimensional y totalmente dinámico de una célula mínima viva que imita lo que ocurre en la célula real, según explican los investigadores en un comunicado.

El modelo, que incluye un total de 7.765 moléculas e intermedios únicos y más de 7.200 reacciones, simula toda la química que ocurre dentro de una célula mínima, desde su nacimiento hasta el momento en que se divide horas después.

A continuación, obtiene un mapa que refleja cómo se comporta la célula y cómo se puede complejizar para cambiar su comportamiento.

También revela cómo los desequilibrios que surgen en su comportamiento conducen a ralentizaciones en las tasas de transcripción y traducción de ADN, con las consabidas consecuencias.

La transcripción es el proceso por el cual se genera una copia de RNA a partir la secuencia de un gene. Esa copia, llamada una molécula de ARN mensajero (ARNm), deja el núcleo de la célula y penetra en el citoplasma, donde dirige la síntesis de la proteína, que codifica.

La traducción de ADN es el proceso de traducir la secuencia de una molécula de ARN mensajero (ARNm) a una secuencia de aminoácidos durante la síntesis de proteínas.

Modelo completo

El modelo refleja la ubicación precisa y las características químicas de miles de componentes celulares en el espacio 3D a escala atómica.

Asimismo, realiza un seguimiento del tiempo que tardan estas moléculas en difundirse a través de la célula y encontrarse entre sí, qué tipo de reacciones químicas ocurren cuando lo hacen y cuánta energía se requiere para cada paso.

De esta forma, los investigadores han apreciado cómo la célula real equilibra las demandas de su metabolismo, procesos genéticos y crecimiento.

Las simulaciones también permitieron calcular la vida útil natural de los ARN mensajeros, que son los planos genéticos para construir proteínas.

También revelaron una relación entre la velocidad a la que se sintetizaban los lípidos y las proteínas de membrana, así como los cambios en el área de superficie de la membrana y el volumen celular.

Ventana al futuro

El modelo desarrollado en esta investigación abre una ventana al funcionamiento interno de la célula, mostrando cómo todos los componentes interactúan y cambian en respuesta a señales internas y externas.

Este modelo, y otros modelos más sofisticados futuros, ayudarán a comprender mejor los principios fundamentales de la vida, señalan los investigadores.

Para construir el modelo computacional, los investigadores necesitaron tener en cuenta las características físicas y químicas del ADN de la célula, los lípidos, los aminoácidos y la maquinaria de transcripción de genes, de traslación y de construcción de proteínas.

También tuvieron que modelar la forma en que cada componente se propaga a través de la célula, llevando la cuenta de la energía necesaria para cada paso del ciclo vital celular.

Fuente: Tendencias21