Creen una cèl·lula viva en 3D que es comporta com una cèl·lula real

Investigadors nord-americans han simulat en 3D el comportament d'una cèl·lula viva de sol 493 gens: imita el que ocorre en una cèl·lula real i ajuda a comprendre millor els principis fonamentals de la vida.

Investigadors de la Universitat d'Illinois Urbana-Champaign (EUA) han construït una minicélula viva amb un genoma reduït pel cap alt essencial (493 gens), així com un model informàtic de la cèl·lula que reflectix el seu comportament.

Per a comprendre millor la proesa tecnològica, cal recordar que, per exemple, cadascuna de les cèl·lules del cos humà conté entre 25.000 i 35.000 gens.

Es tracta d'un model cinètic tridimensional i totalment dinàmic d'una cèl·lula mínima viva que imita el que ocorre en la cèl·lula real, segons expliquen els investigadors en un comunicat.

El model, que inclou un total de 7.765 molècules i intermedis únics i més de 7.200 reaccions, simula tota la química que ocorre dins d'una cèl·lula mínima, des del seu naixement fins al moment en què es dividix hores després.

A continuació, obté un mapa que reflectix com es comporta la cèl·lula i com es pot complejizar per a canviar el seu comportament.

També revela com els desequilibris que sorgixen en el seu comportament conduïxen a ralentitzacions en les taxes de transcripció i traducció d'ADN, amb les consabidas conseqüències.

La transcripció és el procés pel qual es genera una còpia de RNA a partir la seqüència d'un gene. Eixa còpia, cridada una molècula d'ARN missatger (ARNm), deixa el nucli de la cèl·lula i penetra en el citoplasma, on dirigix la síntesi de la proteïna, que codifica.

La traducció d'ADN és el procés de traduir la seqüència d'una molècula d'ARN missatger (ARNm) a una seqüència d'aminoàcids durant la síntesi de proteïnes.

Model complet

El model reflectix la ubicació precisa i les característiques químiques de milers de components cel·lulars en l'espai 3D a escala atòmica.

Així mateix, realitza un seguiment del temps que tarden estes molècules a difondre's a través de la cèl·lula i trobar-se entre si, quin tipus de reaccions químiques ocorren quan ho fan i quanta energia es requerix per a cada pas.

D'esta forma, els investigadors han apreciat com la cèl·lula real equilibra les demandes del seu metabolisme, processos genètics i creixement.

Les simulacions també van permetre calcular la vida útil natural dels ARN missatgers, que són els plànols genètics per a construir proteïnes.

També van revelar una relació entre la velocitat a la qual se sintetitzaven els lípids i les proteïnes de membrana, així com els canvis en l'àrea de superfície de la membrana i el volum cel·lular.

Finestra al futur

El model desenvolupat en esta investigació obri una finestra al funcionament intern de la cèl·lula, mostrant com tots els components interactuen i canvien en resposta a senyals interns i externes.

Este model, i altres models més sofisticats futurs, ajudaran a comprendre millor els principis fonamentals de la vida, assenyalen els investigadors.

Per a construir el model computacional, els investigadors van necessitar tindre en compte les característiques físiques i químiques de l'ADN de la cèl·lula, els lípids, els aminoàcids i la maquinària de transcripció de gens, de translació i de construcció de proteïnes.

També van haver de modelar la forma en què cada component es propaga a través de la cèl·lula, portant el compte de l'energia necessària per a cada pas del cicle vital cel·lular.

Referència

Fonamental behaviors emergix from simulations of a living minimal cell. Zane R. Thornburg et al. Cell, Volume 185, Issue 2, p345-360.i28, January 20, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.025