Un Laboratorio crea el Primer Reloj Genético

El hombre siempre ha tenido la necesidad de medir el paso del tiempo, quizás como una gran duda existencial o quizás porque sus propios genes se lo pedían. Y es que nadie es ajeno a los cambios que se producen en su organismo en función del tiempo, el ciclo circadiano es una realidad que nos mueve desde dentro.

Muchos son los científicos que se han preocupado en investigar cuáles son los mecanismos genéticos que hacen que nuestro cuerpo siga las agujas del reloj, y de entre la información obtenida, un grupo suizo se ha atrevido a utilizar lo conocido para generar el primer reloj genético. La biología sintética es así, obtiene información de cómo los organismos hacen determinadas cosas, para crearlas desde cero.

Y es que si siempre se ha dicho que sólo cuando se entiende un concepto se es capaz de explicarlo, sólo cuando se conocen las leyes que dominan un proceso se es capaz de diseñarlo desde cero.

Imagen Extraída de http://www.qualifis.com.br

Se ha empezado por algo sencillo, por un oscilador, el mismo mecanismo que controla nuestros ciclos de vigilia/sueño. El oscilador consiste en un conjunto de genes que se regula cíclicamente una vez introducido en un organismo. Se había conseguido diseñar un «circuito génico» para hacer osciladores en bacterias, pero nunca uno que funcionara en una red tan compleja como una célula de mamífero.

El grupo de Martin Fussenegger del Swiss Federal Institute of Technology en Basel, Suiza, ha conseguido un oscilador que produce la proteína verde fluorescente de forma intermitente en células de ovario de Hámster y mantiene los ciclos del oscilador por más de 20 horas.

La  construcción cuenta con 3 genes, tTA, PIT y GFP (gen de la proteína verde fluorescente). Se empieza produciendo la proteína tTA que hace dos cosas, activa el gen de la GFP y el de la PIT; se produce fluorescencia. Una vez se produce PIT, dicha proteína inhibe al gen de la tTA hasta que no queda nada de dicha proteína. Sin tTA no hay producción de PIT por lo que llega un momento en el que tampoco hay PIT. En dicho momento el gen tTa dejará de estar inhibido y volverá a producir tTA que activará a PIT y GFP produciéndose fluorescencia de nuevo. (leérselo de nuevo, que es durito a la primera)

Así tenemos, desde fuera, fluorescencia intermitente, a un ritmo determinado por la distinta cantidad en el tiempo de las proteínas tTA y PIT.

Pero podemos alterar la oscilación. Si añadimos varios de estos circuitos juntos haremos más frecuente la oscilación, veremos más pulsos de fluorescencia en el mismo tiempo, si disminuímos la cantidad, lo enlenteceremos.

Obviamente el objetivo de regular una proteína como la proteína verde fluorescente no es otro sino poder seguir el proceso, y verificar que la teoría era cierta, que el oscilador funciona.

Cambiemos ahora el gen de la luciferasa y pongamos el de la insulina. Y fijemos el oscilador cada 6 horas. Cada 6 horas tendremos producción de insulina en nuestro organismo. Las aplicaciones terapéuticas para diabéticos no tendrían precio.

Ese es el futuro de los relojes genéticos, entenderlos y manipularlos para conseguir producir o liberar fármacos o proteínas terapéuticas. No interesa tener un cachivache que se mueva con el tiempo, sino un distribuidor de agentes terapéuticos regulado temporalmente.

Y aunque estamos aún lejos de poderlos usar, esta semana, el grupo de Fussenegger ha dado un buen empujón hacia el futuro de los relojes genéticos y con ello ha sumado un importante logro al interesante mundo de la biología sintética.

La Revolución Verde Fluorescente…de la Medusa al Nobel

Hoy refresco en el Museo de la Ciencia un antiguo artículo del Blog. Y es que hoy los integrantes de la gran revolución bioquímica que ha supuesto la Proteína Verde Fluorescente, son Premios Nobel de Química 2008.

Imagen extraída de http://ecodiario.eleconomista.es

Por «orden» Tsien (el último), Shimomura (el primero de la historia) y Chalfie (el segundo de abordo)

La Revolución Verde…Fluorescente

Cuando Osamu Shimomura trabajaba en el laboratorio del sótano de su casa en Princeton, no era consciente de la relevancia que adquirirían sus estudios. Corría el año 1960 y la motivación que lo sacó de Japón era el estudio de la bioluminiscencia de una medusa, Aequorea victoria. Tras capturar unos cuantos ejemplares en Friday Harbor (Washington), y homogeneizar los pequeños compartimentos fluorescentes de la medusa, comenzó a desvelar los secretos de la fluorescencia. Observó que cuando se producía luminiscencia se liberaba calcio. Este calcio se unía a una proteína que denominó Aequorin, produciéndose luz azul. Pero la luz azul era rápidamente absorbida por otra proteína, que emitía en verde, a la que (haciendo uso de su gran imaginación para los nombres) llamo proteína verde fluorescente (Green Fluorescent Protein)

Shimomura dió el primer paso, pero fue Douglas Prasher en 1987 quien vió el gran uso que se podía sacar de esta proteína y encendió la chispa de la revolución que nos ocupa. Las proteínas no se pueden ver al microscopio, y por lo tanto saber de su localización era imposible, pero ¿que ocurriría si nuestra proteína fluoreciera?, si le añadiéramos la pequeña GFP a nuestra proteína iría con una pequeña linterna, mostrándonos que lugar ocupa en cada momento. Ahora el reto era generar nuestra proteína problema fusionada a la GFP. Para ello habría que incluir su secuencia, justo antes del codon de STOP de la anterior proteína, y rezar para que saliera un TODO, que la «cola» que le añadíamos no interfiriera, y que por supuesto fluoreciera tras irradiarla con luz azul…y aunque era complicado el reto salió adelante.

En 1992 en el National Cancer Institute Prasher consiguió clonar la GFP en bacterias, y quería introducirla como marcador para células tumorales, pero su financiación era limitada (así es la ciencia amigos) y tuvo que ceder el relevo a Marty Chalfie, de la universidad de Columbia. Marty, con las manos de Ghia Euschirken y la GFP de Prasher, consiguió introducir el gen en E.Coli y sacar la siguiente foto en un Science de 1994:

En la foto se ve una placa de cultivo, donde las bacterias de la derecha tienen el gen de la GFP.

Pensaréis que la historia sigue con nuevas y más aplicaciones de la GFP, y estaréis en lo cierto. Pero nos faltan compañeras de viaje. Sergey A.Lukyanov dedicó gran parte de su investigación a encontrar otras proteínas similares, y las encontró, como a Aquarea, en el mar. En los corales (que no fluorecen) estaban escondidas la DsRed (adivinad el color) y Katuska ( por las manitas que la descubrieron de Ekatrina Merzlyak) que emite en el rojo lejano. Así llegamos al año 2007.

Ya sólo nos queda presentar a Roger Tsien, científico al que debemos el estudio de distintas mutaciones de la GFP, que nos han dado una inmensa variedad de emisiones en distintas longitudes de onda, si necesitáis verlas, observad:

Es difícil de imaginar la cantidad de descubrimientos que se le deben a esta tecnología. Ahora podemos ver proteínas, podemos seguirlas en los distintos órganos, o ver cómo se regula su expresión. También se han puesto a punto sofisticados métodos de transmisión de energía entre fluoróforos, de forma que podamos estudiar si dos proteínas se unen directamente o no. También podemos insertarla en el genoma de virus para seguirlos, o diferenciar mutantes a los que acompañamos la mutación o el gen nuevo de la GFP.

Actualmente con la luciferasa son los marcadores por excelencia, y cuesta pensar muchos experimentos, sin contar con ellos…

Os dejo con un bonito cuadro, pintado con bacterias que expresan distintos tipos de GFP y un ejercicio, encuentra al ratón transgénico…

Nota: Las fotos se han sacado del website oficial de la GFP (http://www.conncoll.edu) , wikipedia y de búsquedas en google images.