La simulación celular más completa explora las reglas ocultas de la vida

de lo extraño desde las criaturas en las profundidades de los océanos hasta las bacterias en nuestros cuerpos, toda la vida en la Tierra consiste en células, pero solo tenemos una idea muy aproximada de cómo funcionan incluso las más simples de estas células.

Ahora, como descrito recientemente en célulaun equipo de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign y sus colegas crearon la simulación por computadora más completa de una célula viva. Con este modelo digital, los biólogos pueden superar las limitaciones de la naturaleza y acelerar su investigación sobre cómo la unidad más básica de la vida son las garrapatas, y qué sucedería si funcionara de manera diferente.

"Imagínese poder recuperar los resultados de una simulación que requerirá muchos, muchos experimentos", dijo el autor principal. Zaida (Zan) Lutei-Schultenquien dirige el equipo de simulación de la Universidad de Illinois. Usando el modelo, ella y sus colegas ya han hecho descubrimientos sorprendentes sobre la fisiología y el ciclo reproductivo de su célula modelada, y la simulación continúa sirviendo como generador de ideas para futuros experimentos.

"Esta es la primera vez que podemos tener una visión computacional realmente cuidadosa del metabolismo de un sistema complejo completo, no solo una reacción bioquímica o un sistema muy artificial, sino una célula viva completa", dijeron. kate adamalaun biólogo sintético y profesor asistente en la Universidad de Minnesota que no está involucrado en el estudio. Durante años, los científicos han tratado de modelar células enteras y predecir su biología exacta, pero han fallado porque la mayoría de las células son demasiado complejas. "Es difícil construir un modelo si no sabes qué piezas de Lego hay en él", dijo Adamala.

Pero la célula con la que está trabajando el grupo de Illinois es tan simple, con muchos menos genes que cualquier otra célula, que su fisiología es más fácil de determinar, lo que la convierte en una plataforma ideal para el modelado.

La celda en cuestión es "célula mínima" hecha en laboratorio. que está en la frontera entre la vida y la no vida, portando un número limitado de genes, la mayoría de los cuales son necesarios para la supervivencia. Al reproducir los procesos bioquímicos conocidos que ocurren en esta célula muy básica y rastrear todos los nutrientes, desechos, productos genéticos y otras moléculas que se mueven a través de ella en tres dimensiones, la simulación acerca a los científicos a comprender cómo se mantiene la forma de vida más simple y revela algunos de los requisitos básicos de la vida.

Los hallazgos son un paso hacia la construcción de modelos de células naturales que sean más complejos y significativos. Si los científicos finalmente logran construir una simulación igualmente detallada de las bacterias intestinales comunes E. colipor ejemplo, “esto sería un cambio absoluto en el juego, porque toda nuestra producción orgánica funciona en E. coliDijo Adamala.

vida digital

La celda mínima modelada por el equipo. JCVI-syn3Aes una versión actualizada de la desarrollada por biólogos sintéticos en el Instituto J. Craig Venter y presentado en ciencia en 2016. Su genoma fue diseñado a partir del de una bacteria muy simple Micoplasmas mycoidespero desprovisto de genes que los científicos del proyecto determinan sistemáticamente que no son esenciales para la vida, JCVI-syn3A maneja solo 493 genes, aproximadamente la mitad del número inspirado en bacterias y solo alrededor de una octava parte de E. coli hay.

Aunque simple, la celda sigue siendo misteriosa. Por ejemplo, nadie sabe qué hacen 94 de estos genes, excepto que la célula muere sin ellos. Su presencia sugiere que puede haber "tareas vitales o funciones esenciales para la vida que la ciencia no detecta", dijo. juan vidriocoautor del nuevo estudio, jefe del equipo de biología sintética del Instituto Venter y parte del equipo que desarrolló la célula mínima en 2016. Con el modelado, los investigadores esperan comenzar a desentrañar rápidamente algunos de estos misterios.

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