El concepto de cloroplastos y mitocondrias sintéticas dentro de un liposoma para la generación de energía autosuficiente a través de la fotosíntesis y la respiración celular. Crédito: Grupo de interfaz biológica, Universidad de Sogang
Evaluación de cómo los orgánulos sintéticos productores de energía pueden sustentar células artificiales.
Los investigadores evaluaron el progreso y los desafíos en la creación de mitocondrias y cloroplastos artificiales para la producción de energía en células artificiales. Estos orgánulos artificiales podrían permitir el desarrollo de nuevos organismos o biomateriales. Los investigadores identificaron las proteínas como los componentes más importantes de la maquinaria molecular giratoria, el transporte de protones y la producción de ATP, que sirven como moneda de energía primaria de la célula.
Los cloroplastos y las mitocondrias son responsables de la producción de energía en la naturaleza y son esenciales para fabricar células artificiales sostenibles en el laboratorio. Las mitocondrias no son solo el «centro neurálgico de la célula», como dice el refrán en biología de la escuela secundaria, sino también uno de los componentes intracelulares más complejos de la reproducción artificial.
en Reseñas de biofísicaEn un informe de AIP Publishing, investigadores de la Universidad de Sogang en Corea del Sur y el Instituto de Tecnología de Harbin en China identifican los desarrollos más prometedores y los mayores desafíos para las mitocondrias y los cloroplastos sintéticos.
«Este podría ser un hito importante en la comprensión del origen de la vida y el origen de las células». – Kwan Woo Shin
«Si los científicos pueden crear mitocondrias y cloroplastos artificiales, podemos desarrollar células artificiales que puedan generar energía y fabricar moléculas de forma independiente. Esto allanaría el camino para la creación de organismos o biomateriales completamente nuevos», dijo el autor Kuano 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.
Una vez que una célula ha producido 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 sirve como la principal moneda de energía de la célula y es vital para que la célula realice la mayoría de las funciones celulares», dijo Shen.
El equipo describe los componentes necesarios para construir mitocondrias y cloroplastos artificiales e identifica las proteínas como los aspectos más importantes de la maquinaria de rotación molecular, el transporte de protones y la producción de ATP.
Estudios anteriores han replicado los componentes que forman los orgánulos productores de energía. Algunos de los trabajos más prometedores estudian los procesos intermedios involucrados en el complejo proceso de generación de energía. Al vincular las secuencias de proteínas y enzimas, los investigadores mejoraron la eficiencia energética.
Uno de los desafíos restantes más importantes al tratar de reconstruir los orgánulos productores de energía es permitir la autoadaptación en entornos cambiantes para mantener un suministro estable de ATP. Los estudios futuros deberían investigar cómo mejorar esta ventaja limitada antes de que las células artificiales puedan volverse autosuficientes.
Los autores creen que es importante crear células artificiales con métodos de generación de energía biológicamente realistas 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 Shen.
Referencia: «Orgánulos artificiales para la conversión y producción de energía química sostenida en células artificiales: mitocondrias sintéticas y cloroplastos» por Hyun Park, Yichen Wang, Seo Hyun-min, Youngcho Ren, Kuanu Shin y Xiaojun Han, 28 de marzo de 2023, disponible aquí. Biofísica.
DOI: 10.1063 / 5.0131071
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