Vesículas de ‘lámpara de lava’ muestran cómo las células pueden autorregularse

El interior de una célula viva está lleno de moléculas grandes y complejas. Una nueva investigación sobre cómo se regulan automáticamente estas moléculas podría mejorar nuestra comprensión de cómo las células manejan la bioquímica esencial en un espacio abarrotado. Esta investigación también puede arrojar luz sobre cómo aparecieron los primeros sistemas vivos y cómo desarrollaron sus complejidades.

Las células eucariotas contienen estructuras organizadas u orgánulos que están delimitados por una membrana lipídica. Un ejemplo son las mitocondrias, que generan energía en las células. En los últimos años, los científicos han descubierto que además de estos orgánulos, grupos de moléculas pueden formarse espontáneamente en orgánulos temporales, sin membrana, para realizar alguna función específica.

«Puede haber mecanismos físicos simples para crear ‘orgánulos de diseño’ especializados bajo demanda», dijo Atul Parikh, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de California, Davis.

Usando un modelo simplificado de la celda, el laboratorio de Barrick descubrió cómo las mezclas de polímeros pueden descomponerse en gotitas discretas, como los aceites en una lámpara de lava, y que estas gotitas interactúan con la membrana celular de maneras inesperadas, incluso afectando la estructura externa de la célula. celúla. La obra fue publicada el 6 de julio en La química de la naturaleza.

Wan-Chi Su, un estudiante graduado que trabaja con Parikh, ha creado vesículas artificiales del tamaño de una célula viva. Se trata básicamente de burbujas con una membrana sintética, que contienen agua con dos polímeros disueltos en ellas. Ambos polímeros se disuelven en agua pero se repelen entre sí, por lo que si se mezclan y se dejan solos, se separarán en dos fases, como un aderezo para ensaladas sin mezclar.

Su y Barrick descubrieron que cuando extraían agua de las vesículas, los polímeros comenzaban a formar gotas separadas, como se esperaba. Pero en lugar de progresar hacia gotitas cada vez más grandes, encontraron que el crecimiento se detuvo por interacciones entre las gotitas de polímero y el interior de la membrana de la vesícula, creando un mosaico de gotitas.

Señalización fuera de la célula

Estas interacciones también tenían un efecto en el exterior de la vesícula, provocando burbujas o un efecto de «estallido». Esto parece similar al efecto observado en las células vivas bajo algunas condiciones.

«El acoplamiento a los bordes celulares detiene prematuramente la separación de fases y crea un mosaico de gotitas. Estas gotitas tridimensionales dentro de la vesícula, curiosamente, reorganizan las moléculas en la membrana bidimensional, por lo que también envían señales fuera de la vesícula», dijo Parikh. Los investigadores confían en que este fenómeno es aplicable en general y no es específico de este grupo particular de moléculas.

Parikh dijo que el trabajo demuestra cómo las interacciones puramente físicas, cómo los polímeros se repelen o atraen entre sí, pueden conducir a una organización compleja en un sistema simplificado similar a una célula.

«Estamos dilucidando los principios físicos y químicos detrás de la biología», dijo. «Podría decir algo sobre cómo surgió la vida en primer lugar».

Parikh y sus colegas planean extender el trabajo a sistemas más complejos, incluidas las células vivas.

Otros autores del artículo son Douglas Gettell, UC Davis; James Ho CS, Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur; Andrew Rowland y Christine Keating, Universidad Estatal de Pensilvania.