Un equip d’investigadors liderat per l’Imperial College de Londres ha aconseguit dissenyar una nova manera d’encendre i apagar gens, fent servir senyals elèctrics. Gràcies a aquest sistema, presentat en un article a la revista Science Advances, es pot alterar l’expressió genètica de manera precisa mitjançant l’addició o sostracció d’electrons. Aquesta tècnica podria ajudar a controlar implants biomèdics o reaccions que produeixin fàrmacs o compostos útils pel cos, amb uns resultats millors que els estímuls actuals, que sovint no poden penetrar alguns materials o tenen risc de toxicitat.
Interruptors genètics
L’expressió genètica és el que fa que els gens “s’activin” i tinguin efectes a nivell cel·lular, per exemple produint molècules noves. Als organismes vius, aquesta expressió és regulada per algunes regions de l’ADN i, entre elles, n’hi ha que responen a diversos estímuls, com ara la llum, la temperatura o alguns productes químics.
Fer servir l’electricitat per regular aquestes regions, doncs, va obrir tot un nou camp de recerca, però tot i que s’havien identificat sistemes electrogenètics, les aplicacions han estat limitades per la precisió. Aquí és on entra aquest nou sistema que, per primera vegada, ha aconseguit la precisió necessària a l’hora de fer servir estímuls elèctrics per encendre i apagar gens de bacteris.
Superant un gran obstacle
Fins ara, un dels problemes més grans de la biologia sintètica ha estat que controlar un sistema biològic de la mateixa manera que controlem els artificials ha resultat molt difícil. Per fer que una cèl·lula produeixi un compost químic concret en el moment que volem, no és tan fàcil com canviar els paràmetres en un ordinador sinó que cal trobar les condicions adients perquè la regió de l’ADN que regula un gen específic s’activi.
Gràcies a aquesta nova eina, precisament, els investigadors podran controlar l’expressió genètica i el comportament de les cèl·lules amb molta més facilitat i precisió, fent servir senyals elèctriques. De fet, esperen que, quan s’hagi investigat prou, sigui realment possible controlar alguns sistemes biològics amb la mateixa facilitat amb què s’encén un interruptor.
Fins ara, l’estimulació de l’expressió genètica amb impulsos elèctrics ha estat difícil en presència d’oxigen, cosa que limitava les seves aplicacions fora del laboratori. La nova tècnica, però, funciona fins i tot quan hi ha aquest gas, i això vol dir que es pot replicar en diverses espècies de bacteris i fer-se servir en altres aplicacions com ara implants mèdics o processos bioindustrials, ajustant les eines electroquímiques perquè duguin a terme diverses funcions simplement “sintonitzant-les” a un nivell concret canviant el potencial d’un elèctrode.
En el cas dels implants biomèdics, sovint fan servir un estímul per produir un medicament o una hormona concrets al cos. No tots els estímuls funcionen, però, ja que la llum no travessa el cos humà i alguns productes químics poden ser tòxics. Els estímuls elèctrics, en canvi, són fàcils d’administrar, directes i no tenen cap tipus de perill. En el cas dels bioreactors, que poden arribar a ser molt grans i produeixen compostos químics, medicaments o combustibles, la mida del cultiu també fa difícil aplicar-hi llum i, en el cas dels químics, podria ser molt clar. Així doncs, l’electricitat torna a ser la millor idea.
Uns resultats prometedors
Per comprovar el funcionament de la seva tècnica, els investigadors van agafar la proteïna que fa que algunes meduses brillin i, mitjançant els estímuls elèctrics, van induir-ne l’expressió en bacteris, fent que les cèl·lules només brillessin quan el sistema estava engegat. Després, van provar la configuració inversa, és a dir, que els bacteris brillessin sempre menys quan estaven exposats al corrent elèctric.
Un cop demostrada la viabilitat del sistema, els investigadors estan mirant de desenvolupar diversos promotors que indueixin canvis diferents, de manera que senyals elèctriques simultànies puguin activar gens diferents de manera independent. Si aconsegueixen una gran biblioteca amb les parts de l’ADN que controlen l’expressió i com es poden activar i desactivar, aquesta tècnica podria adaptar-se no només per a bacteris sinó per a llevats, plantes i fins i tot animals.
