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Default @ May 21, 2012

Reloj genético sintético comprueba termómetro

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Sistemas genéticos correr como un reloj, en sintonía con la temperatura, la hora del día y muchos otros factores, ya que regulan los organismos vivos. Los científicos de la Universidad de Rice y la Universidad de Houston han abierto una ventana a un aspecto del proceso que ha confundido a los investigadores durante décadas: el mecanismo por el cual los reguladores genéticos se ajustan a los cambios de temperatura.

Reloj genético sintético comprueba termómetro


Científicos de la Universidad de Rice diseñados un reloj genético sintético dentro de un mutante bacterias de Escherichia coli que mantiene el tiempo a pesar del aumento o temperaturas bajarán. En un experimento, los investigadores aislaron un pequeño número de bacterias modificadas bajo un microscopio de fluorescencia y las imágenes más de tres horas como una sola célula (flecha amarilla) oscilaron capturados a un ritmo regular entre estados a pesar de las condiciones cambiantes. Encontraron alterar un aminoácido para hacer una proteína reguladora sensible a la temperatura proporciona la retroalimentación derecho de reloj circadiano el ™ € bacteriaâ s.

Crédito: Bennett Lab / Universidad de Rice

Hasta ahora, los biólogos sintéticos no han sido capaces de duplicar esta maravilla, pero bioquímico Arroz Matthew Bennett y su equipo desarrollaron un reloj genético sintético robusto que permite que las bacterias Escherichia coli para mantener con precisión el tiempo en un amplio rango de temperaturas. El reloj, que regula la producción de proteínas, no acelera o ralentiza con los cambios de temperatura, y ofrece una posible solución a un problema que ha obstaculizado el avance de la biología sintética.

Los resultados fueron publicados esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

La revelación será de interés para los biólogos que estudian los sistemas de regulación, los ritmos circadianos en particular, pero puede ser más valioso para los biólogos sintéticos que deseen reprogramar los mecanismos de regulación celular para la biotecnología, dijo Bennett.

"Uno de los problemas que hemos tenido es que los circuitos genéticos que construimos son frágiles", dijo. "Podemos construir sistemas que hacemos lo que queremos, pero a menudo no funcionan bien en manos de otras personas, o si cambiamos los medios de comunicación o la temperatura. Queríamos crear un sistema que debe funcionar de forma independiente de los parámetros que pueden ser difíciles para un biólogo sintético de controlar. Queremos demostrar que podemos construir circuitos robustos, no sólo por lo que la arquitectura del sistema más complicado, pero mediante el uso de las proteínas correctas ".

La capacidad de regular la temperatura viene naturalmente en los mamíferos, pero no toda la vida es de sangre caliente, y la temperatura generalmente afecta a la bioquímica.

"Las cosas más cálidos, más la bioquímica se acelera", dijo Bennett. "Esto se manifiesta en muchas formas: Las enzimas trabajan más rápido y las tasas bioquímicos son más rápidos."

Dijo que la E. coli, por ejemplo, muestra cambios dramáticos en el comportamiento, incluso dentro de su zona de confort de unos 30 a 41 grados Celsius (86 a 105 grados Fahrenheit).

"Por cada aumento de 10 grados centígrados en la temperatura, hay aproximadamente una duplicación de la velocidad del ciclo celular", dijo Bennett.

Entre los procesos biológicos, hay una notable excepción: los relojes circadianos que mantienen un ritmo constante a pesar de la temperatura. "Hemos relojes que nos ayudan a determinar la hora del día y coordinamos nuestra respuesta al ciclo día-noche, el cambio de los niveles hormonales y nuestro estado de alerta controlado genéticamente. Y no somos los únicos organismos que ellos tienen", dijo.

"Las plantas y los hongos e incluso algunas bacterias que no tienen regulación de la temperatura interna también tienen relojes circadianos. Para esos organismos, es muy importante que el período de sus relojes circadianos sigue siendo el mismo, independientemente de los cambios de temperatura. Sus cultivos, no importa si hace calor o frío, mantenga siempre al mismo ciclo día-noche ".

Pero los relojes circadianos son también bioquímico. "A medida que se enfría, los relojes circadianos deben reducir la velocidad, y cuando se calienta, acelerar, pero no lo hacen", dijo. "Ha sido un misterio por qué eso no sucede."

Bennett sospechaba que los relojes tienen sus señales de una combinación de circuitos de retroalimentación celulares y las proteínas sensibles a la temperatura. "En vez de mirar los relojes circadianos en los seres humanos o las plantas, sin embargo, hemos decidido construir un sistema desde cero", dijo.

Su grupo de investigación comenzó con un oscilador gen sintético que fue construido para funcionar en E. coli. Entonces, mediante la alteración de un único aminoácido de una proteína clave - LacI, el represor de lactosa - los investigadores hicieron que la proteína sensible a la temperatura y siempre que el reloj de una guía sintética para compensar las condiciones cambiantes.

Bennett señaló en el documento que los ingenieros han luchado con compensación de temperatura por un largo tiempo, quizás el más famoso en la búsqueda de un dispositivo para dar marineros en el mar su longitud.

"La compensación de temperatura es un problema con la relojería en general", dijo el investigador, cuyo papel primero como estudiante también tocado el problema de la longitud. "Los metales se expanden y contraen en respuesta a los cambios de temperatura, alterando así el período de los relojes mecánicos.

"Este fue un gran obstáculo para los cronómetros navales primeros. El hombre que inventó los cronómetros, John Harrison, tenía que compensar los efectos de temperatura. Fue un gran problema en la ingeniería en aquel entonces, y todavía estamos encontrando a ser un problema cuando construimos circuitos de genes en bacterias hoy.