El equipo de investigación liderado por el profesor Jongmin Kim, del Departamento de Ciencias de la Vida de POSTECH, ha desarrollado una nueva tecnología que mejora la precisión y la densidad de integración de circuitos genéticos sintéticos. Este avance ha sido publicado recientemente en la revista ‘Nucleic Acids Research’, una reconocida publicación internacional en el ámbito de la biología molecular y la bioquímica.
Avances en biología sintética
La biología sintética es un campo de investigación que busca asignar nuevas funciones a los organismos mediante el uso de herramientas genéticas regulatorias, tanto naturales como sintéticas. Los organismos diseñados a través de esta disciplina tienen aplicaciones potenciales en diversas áreas, como el tratamiento de enfermedades, microorganismos capaces de degradar plásticos y la producción de biocombustibles. En este contexto, el sistema de ‘operón policistrónico’, donde múltiples genes se expresan de manera coordinada para formar complejos que realizan funciones específicas, juega un papel crucial en la maximización de la eficiencia de codificación utilizando recursos limitados.
No obstante, para diseñar circuitos genéticos sofisticados de manera precisa, es fundamental minimizar la interferencia entre las partes biológicas y aumentar la densidad de codificación para una integración eficiente de los circuitos genéticos. Los elementos de regulación de traducción basados en ARN sintético suelen encontrar limitaciones en la regulación de múltiples genes y en la consecución de alta precisión funcional debido a interferencias en el proceso de traducción de proteínas.
Para abordar esta problemática, el equipo del profesor Kim se centró en el ‘acoplamiento de traducción’, un mecanismo de regulación genética natural que se encuentra comúnmente en los operones y que regula múltiples genes, donde la traducción de los genes ubicados en posiciones anteriores influye en la eficiencia de traducción de los genes posteriores. A través de esta investigación, el equipo diseñó el ‘Elemento de Acoplamiento de Traducción Sintético’ (SynTCE), que imita este mecanismo, logrando integrarlo exitosamente con dispositivos biológicos de ARN sintético para crear circuitos genéticos más eficientes.
La integración de la arquitectura SynTCE en un sistema de computación basado en ARN, previamente reportado por el equipo, mejora notablemente la densidad de integración de circuitos genéticos. Esto se logra utilizando SynTCE para transmitir señales de entrada de manera precisa a los genes posteriores, lo que permite sistemas con capacidades sin precedentes de control simultáneo para múltiples entradas y salidas en una sola molécula de ARN.
Un aspecto notable de SynTCE es su capacidad para controlar de manera precisa los terminales N de las proteínas y eliminar interferencias en la traducción de proteínas. Esta tecnología podría aplicarse en la ‘tecnología de contención biológica’, lo que permitiría eliminar selectivamente células objetivo y dirigir proteínas a ubicaciones celulares programadas. Se espera que esta innovación impulse un control funcional preciso y facilite operaciones biológicas deseadas en las células.
El profesor Jongmin Kim ha declarado que «esta investigación marca un avance significativo en la posibilidad de diseñar circuitos genéticos sofisticados y precisos», expresando su esperanza de que «este nuevo diseño sea aplicado en diversas áreas como la terapia celular personalizada, microorganismos para la biorremediación y la producción de biocombustibles.»
Este trabajo ha sido respaldado por diversas organizaciones, incluyendo el Instituto de Planificación y Evaluación para la Tecnología en Alimentación, Agricultura y Silvicultura, la Fundación Nacional de Investigación de Corea, así como fondos de la ciudad de Pohang y de la provincia de Gyeongsangbuk-do, entre otros.
