La exposición a enzimas provoca respuesta peculiar en gotitas de líquido formado por ADN

Con socios de investigación en la Universidad Ludwig-Maximilians (LMU), en Munich, Alemania, los resultados del equipo aparecen en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Los avances recientes en biología celular han permitido a los científicos a aprender que los componentes moleculares de las células vivas (tales como ADN y proteínas) pueden unirse entre sí y formar gotitas de líquido que parecen similares a las gotitas de aceite en la ensalada sacudido vestir. Estas gotitas celulares interactúan con otros componentes para llevar a cabo procesos básicos que son fundamentales para la vida, sin embargo, poco se sabe acerca de cómo funcionan las interacciones. Para ganar la penetración en estos procesos fundamentales, los investigadores utilizaron los métodos modernos de la nanotecnología para diseñar un sistema modelo, una gotita de líquido formado a partir de partículas de ADN, y luego observaron esas gotitas mientras interactuaban con una enzima de ADN de escisión.

Sorprendentemente, se encontró que, en ciertos casos, la adición de la enzima provocó las gotitas de ADN para de repente comienzan burbujeante, como el agua hirviendo.

"La extraña cosa sobre el ADN burbujeante es que no calentar el sistema, es como si una olla de agua comenzó a hervir a pesar de que se olvidó de encender la estufa," dijo proyecto de co-líder Omar Saleh, UC Santa Barbara profesor asistente de materiales y bioingeniería. Sin embargo, no siempre se produjo el comportamiento burbujeante; a veces añadir la enzima haría que las gotitas se encojan de distancia sin problemas, y que no estaba claro por qué se produciría una respuesta o el otro.

Para llegar al fondo de este misterio, el equipo llevó a cabo un riguroso conjunto de experimentos de precisión para cuantificar los comportamientos de contracción y burbujeantes. Se identificaron dos tipos de comportamiento de contracción: la primera causada por las enzimas que cortan el ADN sólo en la superficie de las gotas, y el segundo causada por enzimas que penetran dentro de la gota. "Esta observación fue fundamental para desentrañar el comportamiento, ya que puso en la cabeza la idea de que la enzima podría comenzar mordisqueando las gotas desde el interior", dijo el co-líder Tim Liedl, profesor de la LMU, donde los experimentos eran llevado a cabo.

Mediante la comparación de la respuesta de gotas para el diseño de partículas de ADN, el equipo agrietado el caso: se encontraron con que el burbujeo y la penetración a base de encogimiento ocurrieron juntos, y sucedió sólo cuando las partículas de ADN fueron ligeramente unidas entre sí, mientras que las partículas de ADN une fuertemente mantendrían la enzima en el exterior. Como se señaló Saleh, "Es como tratar de caminar a través de una multitud, si la multitud agarrado fuerte de las manos, que no sería capaz de conseguir a través."

Las burbujas, entonces, ocurren sólo en los sistemas de la ligera encuadernados, cuando la enzima se puede obtener a través de las partículas de ADN lleno de gente para el interior de la gotita, y comienzan a comer lejos en la gotita desde el interior. Los fragmentos químicos creados por el plomo enzima a un efecto osmótico en el que se extrae agua desde el exterior, provocando un fenómeno de hinchamiento que produce las burbujas. Las burbujas crecen, llegar a la superficie de las gotas, y luego liberar los fragmentos en un estallido eructo-como gaseoso. "Es bastante sorprendente ver, como las burbujas se hinchan y hacer estallar una y otra vez," dijo Liedl.

El trabajo demuestra una relación compleja entre las propiedades de los materiales básicos de un líquido biomolecular y sus interacciones con componentes externos. El equipo cree que el conocimiento que se obtiene a partir del estudio del proceso de formación de burbujas dará lugar tanto a mejores modelos de los procesos vivos y capacidades mejoradas para diseñar gotas de líquido para su uso como biorreactores sintéticos.

La investigación ha sido posible gracias a un premio a Saleh de la Fundación Alexander von Humboldt, que le permitió visitar Múnich y trabajar directamente con Liedl en este proyecto. "Este tipo de colaboraciones internacionales son extremadamente productiva", dijo Saleh.

fuente: University of California - Santa Barbara. "Exposure to enzymes causes peculiar response in liquid droplets formed by DNA." ScienceDaily. ScienceDaily, 28 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200728130830.htm>.