Células artificiales: el poder del futuro

Concepto de cloroplastos y mitocondrias artificiales en un liposoma para la producción de energía autosuficiente a través de la fotosíntesis y la respiración celular. Crédito: Grupo de interfaz biológica, Universidad de Sogang

Evaluar cómo los orgánulos sintéticos generadores de energía pueden sustentar células artificiales.

Los investigadores evaluaron el progreso y los desafíos de crear mitocondrias y cloroplastos artificiales para la producción de energía en células sintéticas. Estos orgánulos artificiales pueden permitir el desarrollo de nuevos organismos o biomateriales. Los investigadores han identificado las proteínas como componentes críticos de la maquinaria rotatoria molecular, el transporte de protones y la producción de ATP, que sirve como moneda de energía primaria de la célula.

En la naturaleza, la producción de energía es responsabilidad de los cloroplastos y las mitocondrias y es esencial para crear células sintéticas estables en el laboratorio. Las mitocondrias no son solo las «centrales eléctricas de la célula», como dice el dicho de biología de la escuela secundaria, sino también uno de los componentes intracelulares más complejos para reproducirse artificialmente.

En Ensayos de biofísicaPor AIP Publishing, investigadores de la Universidad Sogang de Corea del Sur y el Instituto de Tecnología de Harbin de China han identificado los avances más prometedores y los mayores desafíos en mitocondrias y cloroplastos artificiales.

«Si los científicos pueden crear mitocondrias y cloroplastos artificiales, potencialmente podemos desarrollar células sintéticas que pueden generar energía y sintetizar moléculas por sí mismas. Esto allanará el camino para la creación de organismos o biomateriales completamente nuevos”, dijo el autor Kwanwoo Shin.

En las plantas, los cloroplastos utilizan la luz solar para convertir el agua y el dióxido de carbono en glucosa. Las mitocondrias, que se encuentran tanto en plantas como en animales, producen energía al descomponer la glucosa.

Cuando una célula produce energía, a menudo utiliza una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP) para almacenar y transferir esa energía. Cuando una célula descompone ATP, libera energía que impulsa las funciones de la célula.

«En otras palabras, el ATP actúa como la moneda de energía principal de la célula y es vital para que la célula realice la mayoría de las funciones celulares», dijo Shin.

El equipo describe los componentes necesarios para construir mitocondrias y cloroplastos sintéticos e identifica las proteínas como los aspectos más importantes de la maquinaria rotatoria molecular, el transporte de protones y la producción de ATP.

Estudios previos han replicado los componentes que forman los orgánulos productores de energía. Algunos de los trabajos más prometedores examinan los pasos intermedios involucrados en el complejo proceso de producción de energía. Al conectar secuencias de proteínas y enzimas, los investigadores han mejorado la eficiencia energética.

Uno de los desafíos restantes más importantes al intentar rediseñar los órganos productores de energía es permitir la autoadaptación a entornos cambiantes para mantener un suministro constante de ATP. Los estudios futuros deberían investigar cómo mejorar esta característica limitante antes de que las células sintéticas sean autosuficientes.

Los autores creen que es importante crear células artificiales con métodos biológicamente realistas de producción de energía que imiten los procesos naturales. La replicación de células completas podría conducir a futuros biomateriales y conocimientos sobre el pasado.

«Este podría ser un hito importante en la comprensión del origen de la vida y el origen de las células», dijo Shin.

Referencia. «Orgánulos artificiales para la conversión y producción de energía química sostenible en células artificiales. Mitocondrias y cloroplastos artificiales” por Hyun Park, Weichen Wang, Seo Hyeon Min, Yongshuo Ren, Kwanwoo Shin y Xiaojun Han, 28 de marzo de 2023. Biofísica.
DOI: 10.1063/5.0131071