Pais: Países bajos

Fecha: 21 de Julio del 2023

La proteína diseñada digitalmente funciona como un anticongelante para material biológico por WUR, Países bajos

Investigadores holandeses y estadounidenses han utilizado simulaciones por computadora para desarrollar una proteína que funciona como un agente anticongelante. Los investigadores podrían usar esta proteína para congelar y descongelar material biológico, como células inmunitarias, esperma y quizás incluso órganos de donantes en el futuro, sin causar ningún daño al material. Esto fue informado por químicos de la Universidad e Investigación de Wageningen (WUR), la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e) y la Universidad de Washington en la revista científica PNAS.

Tirar frutas de verano como fresas al congelador no funciona muy bien. Al descongelar, el jugo se sale parcialmente, quedando una especie de puré de fresa, no muy sabroso. Esto se debe en parte a los cristales de hielo que se forman dentro de la fresa durante el proceso de congelación y descongelación, que perforan la estructura celular desde adentro. Lo mismo sucede con los órganos de donantes congelados, los espermatozoides y las células inmunitarias para inmunoterapia.

truco de pescado

Un término de investigación internacional dirigido por Renko de Vries de WUR e Ilja Voets de TU/e ??usó la computadora para desarrollar una proteína que combate la formación de cristales de hielo. Para ello, se inspiraron en un truco de los peces. "La naturaleza ya ha encontrado formas de manejar las temperaturas bajo cero", explica Rob de Haas, estudiante de doctorado en química física y materia blanda en WUR y primer autor de la publicación. Por ejemplo, en el Océano Ártico, donde la temperatura está por debajo del punto de congelación, los peces nadan sin congelarse. “Generan proteínas anticongelantes que evitan la formación de hielo en sus cuerpos”.

Aunque los científicos conocen las proteínas anticongelantes desde hace mucho más tiempo, son increíblemente complejas y difíciles de recrear. Es por eso que De Haas creó una versión simplista, primero en la computadora y luego en el laboratorio. Comenzó con la versión más simple conocida por los científicos: una proteína anticongelante en la solla americana. Simplificó aún más la proteína del pescado digitalmente al eliminar cualquier protuberancia. Lo que quedó es lo que los científicos denominan una hélice alfa. Esta es una proteína en forma de espiral, como el resorte en un bolígrafo.

Torcido fuera de forma

Al igual que un resorte, una hélice alfa tiene una forma estable. Pero si lo tuerces, puedes remodelarlo ligeramente. “Se me ocurrió que las proteínas anticongelantes naturales del pescado se reformaron así”, dice De Haas. Esto aún no se le había ocurrido a ningún otro investigador. Luego, el estudiante de doctorado construyó la proteína anticongelante en su computadora, primero en forma de espiral perfecta y luego girando gradualmente. Al hacerlo, finalmente desarrolló cuatro variantes digitales, que luego recreó en bacterias en el laboratorio.

“Probé el funcionamiento de las cuatro proteínas anticongelantes agregando las bacterias a un charco de agua poco profundo, que luego enfrié hasta casi el punto de congelación”, describe De Haas. Estudió los cristales de hielo bajo el microscopio. Aunque los cristales de hielo no se pueden prevenir, parecían ser un poco más pequeños y menos destructivos cuando las proteínas anticongelantes retorcidas estaban presentes. “Al torcer la proteína, los aminoácidos que se adhieren a los cristales de agua se alinean exactamente”, explica De Haas. De esta manera, la proteína anticongelante encaja en el hielo como si fuera un molde perfecto, evitando que se desarrollen más cristales de hielo debajo.

esperma de cerdo

A pesar del éxito, la proteína anticongelante artificial aún no está lista para ser aplicada a órganos trasplantados. “Eso aún está lejos en el futuro”, dice De Haas. “Primero queremos probar si nuestro agente anticongelante previene daños al congelar y descongelar células simples”. Es el proceso de descongelación el que suele causar problemas. El proceso de congelación de células rápidamente se puede simplificar sumergiéndolas en nitrógeno líquido. Pero descongelarlos sigue siendo un proceso gradual en el que se les da suficiente tiempo a los cristales de hielo afilados para que se formen y dañen el material biológico. “Las primeras pruebas realizadas por otros investigadores del grupo de cátedra de Genómica y cría de animales mostraron un efecto positivo de nuestra proteína anticongelante en la supervivencia del esperma de cerdo congelado y descongelado. Esto ofrece perspectivas para futuras investigaciones conjuntas”, dice De Vries.

Una ventaja adicional de la proteína anticongelante WUR es que es la más simple de su tipo. “Las proteínas anticongelantes que surgen en la naturaleza son increíblemente difíciles de estudiar”, dice De Haas. Existe una gran variedad de variedades y debido a sus formas complejas, los científicos no siempre entienden cómo funcionan. Con su proteína artificial, De Haas devolvió la proteína anticongelante a sus bases absolutas. Voets: “Por primera vez, ahora podemos diseñar digitalmente proteínas anticongelantes y medirlas únicamente a nivel de proteína 1 . Gracias a estos dos descubrimientos, podemos estudiar mejor cómo funcionan exactamente las proteínas anticongelantes en el futuro”.

Traducido del inglés.

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