La investigación en biología sintética continúa avanzando de manera notable, y un reciente estudio ha dado un paso significativo en la mejora de la precisión de los circuitos genéticos. Un equipo liderado por el profesor Jongmin Kim de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) ha diseñado un nuevo elemento de acoplamiento translacional sintético (SynTCE), que promete revolucionar la forma en que se integran y funcionan los circuitos genéticos en organismos modificados.
Progresos en Biología Sintética
La biología sintética es un campo que busca otorgar nuevas funciones a los organismos mediante el uso de herramientas regulatorias genéticas, tanto naturales como sintéticas. Los organismos diseñados a través de esta disciplina tienen aplicaciones potenciales en áreas tan diversas como el tratamiento de enfermedades, la degradación de plásticos y la producción de biocombustibles.
Un aspecto crucial en este ámbito es el sistema de operón policistrónico, que permite la expresión coordinada de múltiples genes, maximizando así la eficiencia de codificación utilizando recursos limitados. Sin embargo, para el diseño preciso de circuitos genéticos complejos, es fundamental minimizar las interferencias entre las diferentes partes biológicas y aumentar la densidad de codificación para facilitar la integración de los circuitos genéticos.
Los elementos regulatorios sintéticos basados en ARN han mostrado limitaciones en su capacidad de regular múltiples genes y en la obtención de alta precisión en la funcionalidad del circuito, debido a las interferencias en el proceso de traducción de proteínas. En este contexto, el equipo del profesor Kim se centró en el acoplamiento translacional, un mecanismo natural de regulación genética que influye en la eficiencia de traducción de los genes. Mediante esta investigación, lograron diseñar el SynTCE, que imita este mecanismo y se integra exitosamente con dispositivos biológicos sintéticos de ARN, creando circuitos genéticos más eficientes.
La implementación del SynTCE en un sistema de computación basado en ARN, previamente reportado por el equipo, ha permitido aumentar considerablemente la densidad de integración de los circuitos genéticos. Este avance posibilita un control simultáneo sin precedentes de múltiples entradas y salidas en una única molécula de ARN, mejorando así la capacidad de manipulación genética.
Además, al controlar con precisión los extremos N-terminales de las proteínas y eliminar interferencias en la traducción, el SynTCE podría tener aplicaciones en tecnologías de contención biológica, permitiendo la eliminación selectiva de células diana y dirigiendo proteínas a localizaciones celulares programadas. Esta tecnología se anticipa como un avance clave para el control funcional preciso y la facilitación de operaciones biológicas deseadas en las células.
El profesor Kim ha afirmado que este estudio representa un progreso significativo en el diseño de circuitos genéticos sofisticados y precisos. Las aplicaciones de este nuevo diseño abarcan desde terapias celulares personalizadas hasta microorganismos para la biorremediación y la producción de biocombustibles.
Más información: Hyunseop Goh et al, Synthetic translational coupling element for multiplexed signal processing and cellular control, Nucleic Acids Research (2024). DOI: 10.1093/nar/gkae980
