Desarrollan biosensor para medir el estrés hídrico en células vivas de bacterias, levaduras, plantas y humanos

Publicación en la revista científica Nature Communications

Un grupo multidisciplinario de investigación, encabezado por César Luis Cuevas Velázquez, académico de la Facultad de Química de la UNAM, publicó en la revista científica Nature Communications el desarrollo de un biosensor que permite seguir los efectos del estrés por falta de agua en las células vivas de bacterias, levaduras, plantas y células humanas, el cual podría tener implicaciones relevantes en la salud humana y en el ámbito agrícola.

En este proyecto participaron, por la UNAM, el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Química y el Instituto de Biotecnología; así como las universidades de Stanford y California en Merced, de Estados Unidos, y el Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge, del Reino Unido.

En entrevista, el académico explicó que para desarrollar este biosensor, utilizaron una proteína de plantas conocida como proteína intrínsecamente desordenada, la cual carece de una estructura tridimensional bien definida y estable, que se expresa en plantas bajo condiciones de sequía y ejerce una función protectora que evita la desnaturalización de otras proteínas en condiciones de desecación. 

Cuevas Velázquez especificó que en este proyecto emplearon las características fisicoquímicas particulares de dicha proteína para desarrollar el biosensor, “una herramienta que nos permite monitorear cómo es que las células perciben y responden ante condiciones de estrés osmótico”, añadió el académico adscrito al Departamento de Bioquímica de la FQ. 

Apuntó que, con este trabajo, se logró observar el estatus hídrico de las células de los organismos mencionados de manera rápida, dinámica y no destructiva: “Es de gran interés pues el uso de herramientas dinámicas como los biosensores codificados genéticamente y, en particular, este biosensor, permitirá saber cómo es que las células cuándo y cómo responder al estrés por falta de agua”. 

Resaltó que, debido al carácter desordenado de la proteína empleada para el desarrollo del biosensor, su nombre asignado fue Sensor Expressing Disordered Protein 1 (SED1), el cual permitirá saber cuándo las células están sedientas o se encuentran con una alta demanda de agua. 

El uso de SED1 permitirá analizar, de manera dinámica, cómo cambia la cantidad de agua a lo largo del ciclo de vida de una sola célula y cuándo está sometida a variaciones en su entorno fisicoquímico.

Así, añadió el universitario, se podrá observar lo que sucede inmediatamente después de que las células perciben estos cambios en su entorno. En el campo de la ciencia básica, contribuirá a determinar cuáles son las proteínas osmo-sensoras en plantas y otros organismos, es decir, las proteínas que son directamente responsables de la percepción de dicha condición de estrés.

En la ciencia aplicada, apuntó, el uso de biosensores de este tipo ayudaría en la agricultura, para determinar cuándo una planta necesita agua, antes de que los efectos sean evidentes e irreversibles.

“Si a priori se pudiera saber que a la planta le falta agua, se le podría suministrar justo la cantidad que necesita en el momento adecuado. En el área biomédica, también podría tener aplicaciones, porque el estrés osmótico es una condición que afecta a múltiples procesos bioquímicos y celulares en las células de los seres humanos”, expuso el docente de la FQ.

Agregó que entender cómo estas células responden y se aclimatan a cambios constantes de los niveles osmóticos del líquido extracelular, ayudaría a determinar cómo es que esta condición causa problemas severos a nivel celular.

Actualmente, el proyecto cuenta con financiamiento para desarrollar nuevos biosensores. El reporte que se hace en la publicación internacional se refiere a la utilización de una proteína intrínsecamente desordenada de plantas; sin embargo, Cuevas Velázquez trabaja ya en un nuevo proyecto en donde se analizan 200 proteínas no sólo de plantas, sino también de bacterias, hongos y animales, con la finalidad de desarrollar múltiples biosensores.

Contar con esta nueva batería de biosensores, explicó el docente, permitirá desarrollar algunos que sean mejores para cierto tipo de organismos; asimismo, se podrá explorar mucho mejor y entender cómo es que las células de diversos organismos pueden contender ante condiciones de estrés.

Además, a nivel de ciencia básica, este proyecto ayudará a estudiar cómo es que las proteínas intrínsecamente desordenadas son capaces de traducir los cambios del entorno fisicoquímico en modificaciones estructurales, lo que podría llevar a un ajuste en su función molecular.

Consulte el artículo: Intrinsically disordered protein biosensor tracks the physical-chemical effects of osmotic stress on cells

José Martín Juárez Sánchez

Yazmín Ramírez Venancio

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