La vida es complicada. Incluso las células más pequeñas contienen una asombrosa variedad de reacciones químicas que les permiten prosperar en un entorno caótico.
Si queremos saber dónde trazar la línea entre la vida y las burbujas de un caldo orgánico a la antigua, es útil eliminar los aditivos innecesarios para exponer los ingredientes esenciales y luego trazar un mapa de cómo funciona cada uno.
Este ha sido el objetivo de los bioquímicos durante varios años, quienes, a lo largo de los años, han logrado diseñar algunos organismos básicos sorprendentes que apenas se aferran a la vida en el laboratorio.
Ahora, científicos del Instituto J. Craig Venter, la Universidad de Illinois Urbana-Champaign en los EE. UU. y la Technische Universität Dresden en Alemania han dado el siguiente paso y han construido una simulación detallada del último microbio simple.
«Lo nuevo aquí es que hemos desarrollado un modelo cinemático 3D completamente dinámico de una pequeña célula viva que simula lo que sucede en una célula real». Dice Químico, Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, Zedda Luthy Schulten.
Luthey-Schulten dirigió un equipo de investigadores para analizar los diversos cambios genéticos, metabólicos y estructurales que ocurren en un cultivo en proliferación de una bacteria sintética llamada JCVI-syn3A.
Simular el trabajo de los organismos más simples, como los tipos micoplasma O el microbio común Escherichia coli, todavía requiere algunos operadores matemáticos para modelar las operaciones de muchos subsistemas a gran escala. No hubiera sido posible entretejer toda una serie de descripciones detalladas de todo, desde genes hasta nutrientes, incluso para esta bacteria relativamente simple.
a principios de la década de 2000En el estudio, los investigadores del Instituto J. Craig Venter eliminaron tantos genes como fue posible. Mycoplasma mycoids, dejando la copia que estuvo a punto de sobrevivir.
Esta forma de vida artificial, llamada JCVI-syn1.0, pronto fue reemplazada por algo más básico. JCVI-syn3.0.
Esta versión actualizada contiene solo 531.000 bases divididas en 473 genes. Con todas sus necesidades nutricionales que proporciona el laboratorio, el genoma de los huesos desnudos se deja para cuidar de la reproducción, el crecimiento y un poco de otras cosas.
Sin embargo, JCVI-syn3.0 no es completamente consistente en su crecimiento, lo que resulta en una asombrosa diversidad de polimorfos en su progenie. Algunos genes aparecieron nuevamente, dando lugar a la versión más nueva de la célula pequeña: JCVI-syn3A.
Sin embargo, sus creadores tienen una idea clara de qué genes contiene su célula artificial. todavía están trabajando en ello Exactamente lo que hace cada uno.
Para hacer las cosas aún más difíciles, es crucial saber cómo se propaga cada átomo y molécula a través de la célula, una descripción que requeriría un poder informático de mano dura para simular.
«Hemos desarrollado un modelo cinético y dinámico completamente en 3D de una pequeña célula viva» Dice Lothi Schulten.
«Nuestro modelo abre una ventana al funcionamiento interno de la célula, mostrándonos cómo todos los componentes interactúan y cambian en respuesta a señales internas y externas. Este modelo, y otros modelos más complejos por venir, nos ayudarán a comprender mejor los principios básicos de vida.»
Las simulaciones confirmaron algunas dudas, como el hecho de que la mayor parte de la energía de la celda en miniatura se destinaba a tirar de los materiales del núcleo a través de las membranas.
También proporcionó una descripción precisa de las escalas de tiempo de las interacciones genéticas y metabólicas, explicando las relaciones entre la tasa de producción de lípidos y proteínas en la membrana y los cambios en la forma celular.
Dado que JCVI-syn3A son esencialmente versiones abreviadas de un organismo natural, son solo un ejemplo de cómo se pueden minimizar las funciones biológicas. La vida no es más que creativa en cómo superar los obstáculos para sobrevivir.
Ahora que tenemos un modelo probado para simular el crecimiento y desarrollo de JCVI-syn3A, los investigadores pueden construir su complejidad nuevamente para determinar cómo los diferentes genes se suman a su función.
Podemos esperar no solo nuevas versiones «ligeras» M. mycoides, pero otros organismos en un futuro próximo. Si no formas de vida artificiales completamente nuevas.
Puede que la vida siga siendo complicada, pero estudiar ahora es mucho más fácil.
Esta investigación fue publicada en celda.
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