Los científicos han transformado el ARN, una molécula biológica presente en todas las células vivas, en un biosensor que puede detectar pequeñas sustancias químicas relevantes para la salud humana.
por Kitta MacPherson, Universidad Rutgers
La investigación de científicos de la Universidad Rutgers-Nuevo Brunswick se centra en el ARN, un ácido nucleico que desempeña un papel crucial en la mayoría de los procesos celulares. Se espera que su trabajo tenga aplicaciones en la vigilancia de sustancias químicas ambientales y, en última instancia, en el diagnóstico de enfermedades críticas, como las neurológicas, las cardiovasculares y el cáncer.
«Imaginemos que la gente fuera al hospital y donara una muestra de células de su propio cuerpo para controles regulares», dijo Enver Cagri Izgu, profesor asistente del Departamento de Química y Biología Química de la Facultad de Artes y Ciencias de Rutgers y autor correspondiente del estudio.
Y habrá tecnología para transformar sus células en células sensoriales sin modificar su estructura ni fisiología. Esas células se devolverían al cuerpo de la persona, y este no tendría el problema de rechazarlas, ya que son sus propias células. Esas células podrán comunicarse con nosotros y generar señales que nos indiquen si tenemos rastros de sustancias químicas tóxicas o el inicio de una enfermedad.
En la revista Angewandte Chemie International Edition , Izgu y su equipo informaron cómo implementaron el ARN en células bacterianas de tal manera que estas células, e incluso sus células hijas , pudieron detectar sustancias químicas específicas. Dichas sustancias pueden ser sustancias químicas inorgánicas de corta duración, esenciales para muchos procesos fisiológicos, tanto en la salud como en la enfermedad. Normalmente, el ARN no interactuaría con este tipo de sustancias químicas, y sería extremadamente difícil detectarlas a través de complejos circuitos genéticos.
Los científicos investigan activamente aspectos del ARN para comprender sus múltiples funciones y su potencial para mejorar la salud humana. Una función inusual del ARN, descubierta por primera vez en 2011, es su capacidad de unirse a pequeñas moléculas para generar luz. Este estudio fundamental inspiró a Izgu y a su equipo a ampliar los límites del concepto de generación de luz inducida por ARN.
«Usamos nuestros conocimientos de química y convertimos el ARN en un detector de sustancias químicas inorgánicas de corta duración y fisiológicamente importantes, como el sulfuro de hidrógeno y el peróxido de hidrógeno», explicó Izgu. «La sustancia química inorgánica que queremos detectar reacciona primero con una pequeña molécula receptora, que a su vez se convierte en un ligante de una secuencia especial de ARN.
La unión posterior entre el producto receptor (un derivado de hidroxibencilideno imidazolinona) y el ARN genera luz a una longitud de onda específica. Logramos este mecanismo de detección química dentro de Escherichia coli viva, como organismo modelo.
El trabajo es novedoso porque, si bien un ARN diseñado externamente puede producirse dentro de las células, no puede lograrse que detecte sulfuro de hidrógeno o peróxido de hidrógeno.
En las etapas críticas del cáncer y las enfermedades neurológicas y cardiovasculares, las células humanas producen diferentes niveles de sulfuro de hidrógeno y peróxido de hidrógeno . Izgu y su equipo lograron detectar estas sustancias químicas mediante sus sensores de E. coli en condiciones de laboratorio.
Izgu dijo que el objetivo final de la investigación de Rutgers es transformar una célula humana en una célula sensora de una manera similar a como pudieron hacer que E. coli detectara trazas de sustancias químicas.
Más información: Tushar Aggarwal et al., Un enfoque de moléculas pequeñas permite que los aptámeros de ARN funcionen como sensores para dianas inorgánicas reactivas, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202421936
