Un equipo del CSIC desarrolla un chip capaz de reconstruir el "atlas metabólico" de cada célula
Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un chip capaz de monitorizar la actividad de miles de genes y enzimas simultáneamente. El dispositivo, fruto de la síntesis de 2.500 moléculas, da una visión en tiempo real del metabolismo de cualquier célula u organismo vivos y consigue establecer su atlas metabólico hasta el punto de diferenciar la huella dactilar metabólica de cada muestra analizada, es decir, los atributos que la diferencian del resto. Según los autores, el acceso a esta información tiene potenciales aplicaciones en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, entre otras disciplinas. Los resultados aparecen publicados en el último número de Science.
La investigación, resultado de cinco años de trabajo, ha sido dirigida por el investigador del Instituto de Catálisis (CSIC) Manuel Ferrer, en colaboración con científicos del Centro Nacional de Biotecnología (CSIC) y la Universidad de Oviedo, junto con laboratorios de Alemania, Italia y Reino Unido.
Ferrer explica las implicaciones del proyecto: “El chip nos permite reconstruir el atlas metabólico de cualquier tipo de célula e identificar cientos de enzimas, muchas de las cuales podrían ser indicadores de actividades biológicas desconocidas y con aplicaciones todavía por determinar”.
El metabolismo es el conjunto de miles de reacciones bioquímicas interconectadas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula o conjunto de células. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel molecular y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse y mantener sus estructuras. La comunidad científica estima que, cuando alguna de estas funciones se daña, se originan alteraciones transitorias o permanentes que afectan al metabolismo celular y por tanto pueden originar enfermedades como el cáncer.
Un organismo contiene entre mil y cinco mil reacciones bioquímicas. Por ello, evaluar la presencia o ausencia de las mismas resulta casi imposible mediante los métodos de análisis convencionales usados hasta la fecha. En este contexto, según los científicos, el nuevo chip ofrece una oportunidad sin precedentes ya que puede monitorizar la actividad de miles de genes y enzimas simultáneamente. De esta manera, se puede establecer la huella dactilar metabólica propia de cada célula u organismo, que lo diferencia inequívocamente del resto. “Se pueden diferenciar células normales de aquellas que han sido dañadas”, apunta Ferrer.
¿CÓMO FUNCIONA?
Para desarrollar el dispositivo, los investigadores sintetizaron 2.500 moléculas, que constituyen los sustratos iniciales, finales e intermedios de la gran mayoría de las reacciones biológicas conocidas en organismos vivos. Después, depositaron las moléculas en un chip y añadieron sobre el mismo un extracto de proteínas con el que se puede estudiar la presencia o ausencia de reacciones biológicas mediante la emisión de una sonda fluorescente, cuya señal se recoge y analiza mediante técnicas bioinformáticas.
Como explica el responsable del área bioinformática del trabajo, Florencio Pazos, el dispositivo utiliza un sistema fluorescente mil veces más potente que otras tecnologías existentes y supone un relevante avance conceptual en esta área, pues permite entender el funcionamiento celular sin necesidad de conocer la composición de su genoma.
Según Ferrer, aún es temprano para poder predecir el potencial del chip pero, dado que puede analizar cualquier tipo de célula, desde una bacteria hasta una célula eucariota humana sin necesidad de conocer su genoma, será de gran ayuda para futuros test de diagnóstico y para el tratamiento de enfermedades. El estudio abre también nuevas expectativas en la identificación de dianas terapéuticas para el tratamiento de bacterias patógenas causantes de enfermedades infecciosas, así como para identificar alteraciones metabólicas causantes, por ejemplo, de cáncer.
Beloqui, A., Guazzaroni, M-E., Pazos, F., Vieites J. M., Godoy, M., Golyshina, O. V., Chernikova, T. N., Waliczek, A., Silva-Rocha, R., Al-ramahi, Y., La Cono, V., Mendez, C., Salas, J. A., Solano, R., Yakimov, M. M., Timmis, K. N., Golyshin, P. N. & Ferrer M. Reactome array: forging a link between metabolome and genome. Science 9 October 2009
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