Biologia Molecular Mexico

La biología sintética es una rama de la biología que busca usando componentes básicos lograr construir células artificiales capaces de replicar las funciones de la vida . Un desafío clave es lograr que estas células sintéticas produzcan sus propios componentes estructurales a partir de información genética y nutrientes del entorno. En este contexto, un grupo de investigadores han publicado en Nature Nanotechnology [1] un trabajo que muestra un paso revolucionario al demostrar la expresión genética de citoesqueletos basados en origami de ARN (que hasta ahora el más estudiado es el origami de ADN como acarreador, nanomáquinas, entre otras) dentro de vesículas lipídicas gigantes (GUVs), abriendo un sinfín de aplicaciones tanto en la biología fundamental como en biotecnología y nanotecnología.

¿Qué es el origami de ARN?

El origami de ARN es una técnica que permite diseñar y construir estructuras tridimensionales a partir de moléculas de ARN que se pliegan de manera programada y autónoma. Inspirados en la técnica del origami de ADN, estos diseños aprovechan la versatilidad del ARN, que puede codificarse genéticamente, producirse in situ y plegarse co-transcripcionalmente sin requerir procesos de síntesis química ni pasos de purificación complicados.

El avance clave del estudio

El equipo liderado por Mai P. Tran y Kerstin Göpfrich demostró que es posible diseñar “genes” de ADN que codifican para estructuras de origami de ARN, las cuales son transcritas y ensambladas dentro de vesículas lipídicas. Utilizando ADN como molde y una polimerasa de ARN, lograron que las moléculas de ARN formaran nanotubos rígidos y micrométricos con características similares a un citoesqueleto.

El estudio también revela la capacidad de modificar estas estructuras mediante mutaciones en la secuencia de ADN, resultando en diferentes fenotipos en estas estructuras similares a un citoesqueleto: desde nanotubos hasta anillos cerrados, demostrando así la plasticidad y potencial evolutivo de estos sistemas.

Una ventaja fundamental: la simplicidad

Mientras que el uso de proteínas requeriría más de 150 genes para formar la maquinaria de transcripción y traducción, este sistema sólo requiere ADN, una polimerasa y nutrientes. Esto reduce enormemente la complejidad de construcción y hace que las células sintéticas basadas en ARN sean mucho más accesibles.

Córtex de ARN y deformación de membranas

Un resultado impresionante fue la demostración de que nanotubos de ARN funcionalizados con aptámeros de biotina pueden formar un córtex en la membrana interna de GUVs. Esta estructura se adhiere y, a medida que crece, deforma la vesícula, imitando procesos celulares naturales.

Aplicaciones potenciales

1. Células sintéticas autónomas: El hallazgo acerca la posibilidad de construir células sintéticas que puedan ensamblar sus propios componentes estructurales sin depender de maquinaria proteica compleja. Esto representa un avance hacia sistemas evolutivos auto-sostenibles.
2. Biotecnología y nanotecnología: La capacidad de diseñar y expresar estructuras funcionales de ARN dentro de compartimentos permite pensar en nanomáquinas genéticamente programadas capaces de realizar tareas específicas, desde catalizar reacciones hasta manipular materiales a escala nanométrica.
3. Modelado celular: El citosqueleto de ARN podría emplearse para modelar dinámicas celulares, estudiar deformaciones de membranas y simular procesos mecánicos fundamentales.
4. Medicina y entrega de moléculas dirigido: Las estructuras de ARN con funcionalidad de aptámeros (moléculas funcionales específicas de ARN) podrían anclarse a membranas celulares, facilitando el transporte dirigido de moléculas terapéuticas o la modulación de respuestas celulares.
5. Herramientas biofísicas: Se abren posibilidades para crear herramientas experimentales que manipulen la organización espacial intracelular, ofreciendo una alternativa versátil y menos invasiva que el uso de proteínas artificiales.
6. Origen de la vida: Este estudio encuentra una evidencia más del papel capital del ARN en el origen y evolución de la vida, demostrando también la flexibilidad de esta molécula para adoptar funciones bioquímicas, moleculares y ahora celulares.

Perspectivas futuras

El equipo plantea que la siguiente etapa será incorporar ribozimas, creando máquinas moleculares de ARN que puedan realizar tareas más complejas. También se vislumbra la posibilidad de auto-replicación usando ribozimas polimerasas, lo que podría dar lugar a sistemas completamente autónomos y que incluso podrían servir para evaluar procesos evolutivos en las primeras formas “químicas de vida”.

Conclusión

Este avance sitúa al origami de ARN como un pilar fundamental para la biología sintética. La posibilidad de diseñar y expresar estructuras con funciones biológicas desde información genética abre un campo lleno de oportunidades. Desde la creación de sistemas artificiales auto-sostenibles hasta herramientas innovadoras para biomedicina, el impacto potencial de esta tecnología es enorme. El futuro cercano promete la aparición de células sintéticas más versátiles, inteligentes y evolutivas, llevando la frontera del conocimiento biológico y la ingeniería molecular a nuevas alturas.

Referencia

[1] Tran MP, Chakraborty T, Poppleton E, Monari L, Illig M, Giessler F, Göpfrich K. Genetic encoding and expression of RNA origami cytoskeletons in synthetic cells. Nat Nanotechnol. 2025 Mar 17. doi: 10.1038/s41565-025-01879-3.