Las células artificiales son construidas como modelos de células naturales, para que de forma análoga a las naturales, puedan sintetizar sus propios constituyentes utilizando la energía disponible en el medio ambiente.
Muchos sistemas subcelulares se han construido simplemente mezclando componentes celulares juntos. Sin embargo, las células vivas reales son capaces de construir y organizar sus propios componentes.
En este sentido, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Yutetsu Kuruma, del Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida (ELSI) del Instituto de Tecnología de Tokio, ha construido células artificiales simples que pueden producir energía química, energía que después puede utilizar la célula para sintetizar compuestos básicos para su supervivencia.
Este trabajo publicado en Nature Communications, marca un hito importante en la construcción de células artificiales totalmente fotosintéticas, y puede arrojar luz sobre cómo las células primordiales usaron la luz solar como fuente de energía al principio de la historia de la vida.
En la investigación, los autores combinaron un sistema de síntesis de proteínas que consistía en varias macromoléculas biológicas recolectadas de células vivas, y pequeños agregados de proteínas y lípidos llamados proteoliposomas, que contenían las proteínas ATP sintasa y bacteriorrodopsina, también purificadas de células vivas, dentro de membranas lipídicas sintéticas.
La ATP sintasa es un complejo de proteínas biológicas que utiliza la diferencia de energía potencial entre el líquido dentro de una célula y el líquido en el entorno para producir la molécula trifosfato de adenosina (ATP), que es la “moneda energética” de la célula.
La bacteriorrodopsina es una proteína que recolecta luz de microbios primitivos, los cuales usan energía de la luz para transportar iones de hidrógeno fuera de la célula, generando así una diferencia de energía potencial para ayudar a la ATP sintasa a funcionar.
Durante los experimentos, el proceso de fotosíntesis ocurrió como lo esperaban los científicos. Las células artificiales imitaron a las células reales creando ARN mensajero (ARNm) a partir del ADN y luego elaborando proteínas a partir del ARNm.
Kuruma cree que el punto de mayor impacto de este trabajo es que las células artificiales pueden producir energía para sintetizar las partes de la célula en sí. Esto significa que las células artificiales se podrían hacer para que sean energéticamente independientes y entonces sería posible construir células autosostenidas, al igual que las células biológicas reales.
Sin embargo, este trabajo demuestra que un sistema simple de inspiración biológica que incluye dos tipos de proteínas de membrana es capaz de suministrar energía para dirigir la expresión génica dentro de un microcompartimiento. Por lo tanto, las células primordiales que utilizan la luz solar como fuente de energía primaria podrían haber existido en una etapa temprana de la evolución de la vida antes de que surgieran las modernas células autótrofas.
El equipo cree que los intentos de construir células artificiales vivas ayudarán a comprender la transición de la materia no viva a la viva que tuvo lugar en la Tierra primitiva y ayudarán a desarrollar dispositivos basados en la naturaleza que pueden detectar la luz y provocar reacciones bioquímicas.
Estos sistemas de células fotosintéticas artificiales también ayudan a allanar el camino para la construcción de células artificiales energéticamente independientes.