Transplante de reloj circadiano
WIKIMEDIA, NIAIDLa maquinaria del reloj circadiano de las cianobacterias se ha reconstruido con éxito dentro de la bacteria Escherichia coli, que no tiene un ciclo natural de día y noche, según un artículo publicado hoy ( 12 de junio) en Science Advances. El E. coli exhibieron oscilaciones repetitivas de 24 horas de duración tanto en la transcripción de un gen reportero como en la fosforilación de una proteína reloj clave. Los resultados sirven como una prueba de principio de que la ingeniería de un circuito circadiano sintético de este tipo es posible.
“Lo emocionante es que este es realmente el primer paso hacia el uso de este maravilloso reloj de proteínas en biología sintética para realmente hacer algo, o producir algo,” dijo la bióloga circadiana Susan Golden de la Universidad de California en San Diego, quien no participó en el trabajo.
El proyecto nació de un interés general en diseñar células que pueden medir el tiempo, explicó la coautora del estudio Pam Plata de la Escuela de Medicina de Harvard. “Fue realmente un ‘Caramba…
Pero más allá de los simples retoques, las aplicaciones potenciales para las células modificadas que exhiben ritmos diurnos son muchas. Por ejemplo, los organismos sintéticos podrían diseñarse para producir y secretar drogas en un momento determinado cada día. Los microorganismos productores de combustible industrial podrían diseñarse para maximizar la recolección de la energía solar. Y los microbios intestinales modificados podrían incluso corregir las disbiosis inducidas por el trabajo por turnos o el desfase horario, que están asociadas con la intolerancia a la glucosa y la obesidad, entre otras cosas.
Para crear E. coli con un ritmo circadiano artificial, Silver y sus colegas recurrieron a las cianobacterias, las únicas bacterias que tienen ciclos diurnos naturales. En estos organismos, tres proteínas KaiA, KaiB y KaiC constituyen el reloj molecular mínimo. Durante el día, KaiC se fosforila con la ayuda de KaiA; por la noche, KaiC se desfosforila cuando KaiB antagoniza a KaiA. Sorprendentemente, en un tubo de ensayo, estas tres proteínas por sí solas pueden mostrar esta fosforilación y desfosforilación rítmica.
Es muy simple, por lo que es un sistema realmente bueno para probar y ver si podemos construir un reloj circadiano sintético. en otro organismo, dijo la posdoctorada Anna Chen de la Universidad de Texas en Austina, exestudiante graduada en el laboratorio de Silvers, quien dirigió el trabajo.
Chen, Silver y sus colegas expresaron KaiA, KaiB y KaiC de la cianobacteria Synechococcus elongatus en E. coli y mostró que, al igual que en un tubo de ensayo, los niveles de fosforilación de KaiC oscilaban con una periodicidad de 24 horas. Luego, el equipo llevó las cosas un paso más allá y conectó el reloj a un proceso: la transcripción. El KaiC fosforilado pero no sin fosforilar interactúa con una proteína llamada SasA. Por lo tanto, el equipo diseñó versiones de KaiC y SasA que, cuando se unen dentro del E. coli, impulsaría la transcripción de una proteína reportera fluorescente.
El trabajo previo había reconstituido el ritmo de fosforilación postraduccional en un tubo de ensayo. Pero este [nuevo trabajo] incluye el componente transcripcional en un organismo, dijo la neurocientífica Amita Sehgal de la Universidad de Pensilvania, quien no participó en el trabajo. Sehgal agregó que estaba sorprendida de que, incluso con los componentes limitados utilizados, el período del ritmo transcripcional fue [cercano a] 24 horas y persistió durante tres días.
Chen explicó que la pérdida del ritmo después tres días quizás en parte porque las células comienzan a entrar en una fase estacionaria, pero también porque pierden sincronía con el tiempo. Las cianobacterias tienen mecanismos adicionales que mantienen la sincronicidad, explicó Chen, pero esos mecanismos no existen de forma nativa en E. coli.
La incorporación de tales mecanismos de mantenimiento de sincronicidad en el diseño de E. coli es una forma de mejorar el sistema, dijo Silver.
Golden estuvo de acuerdo. Ahora han demostrado que pueden hacerlo, se puede modificar y modificar.
AH Chen et al., Transplantability of a circadian clock to a noncircadianorganism, Science Advances , 1:e1500358, 2015.
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