Clula artificialUnaclula artificiales la mnimaclulade partes artificiales, adems de unatecnologa emergente. Hasta hace poco, generalmente se haba creado simplemente un paquete que poda realizar muchas de las funciones que las clulas desempean, como latraduccinytranscripcindeprotenasy generacin deATP, pero sin operar como una clula. Algunos cientficos, entre ellos Daniel Hammer, han encontrado una manera de crear clulas artificiales que pueden trasladarse a una parte determinada del cuerpo y liberar un medicamento cuando se le indique.1La primera clula artificial fue creada porThomas Chang2en laUniversidad McGill. Una pared o membrana celular est hecha depolymersomes, un tipo devesculas. Lahemoglobinaest situada en el centro. A finales de la dcada de los sesenta Thomas Chang descubri que las clulas artificiales podan llevar a las enzimas que podan corregir ciertos trastornos metablicos, y tambin desarroll una clula artificial rellena de carbn que poda curar el envenenamiento con drogas.34El 20 de mayo de 2010, elInstituto J. Craig Venteranunci haber creado la primera clula sinttica, totalmente controlada por las instrucciones genticas ideadas por el hombre, capaz de sobrevivir y reproducirse por s misma.5

El objeto de estos expertos es crear un modelo simple de clula con una funcin especfica mediante una serie de ingredientes bsicos.Esta clula deber ser capaz de moverse y de cambiar su forma sin ningn tipo de influencia externa.Cmo est construida est clula artificial? Se basa en una carcasa de membrana, dos tipos diferentes de biomolculas y algn tipo decombustible. Todo ello, a modo de vescula, est hecho de una membrana de doble capa de lpidos, similar a las de las membranas celulares naturales. Estas vesculas se llenan con microtbulos, componentes tubulares de citoesqueleto y molculas motoras.Con nuestro modelo biomolecular sintticohemos creado una nueva opcin para el desarrollo de modelos celulares mnimos. Es ideal para el aumento de la complejidad de forma modular con el fin de reconstruir los procesos celulares como lamigracin celularo la divisin celular de una manera controlada. Que el sistema creado artificialmente pueda describirse exhaustivamente desde una perspectiva fsicanos da la esperanza de poder descubrir los principios bsicos que hay tras las deformaciones celulares mltiples, afirma Andreas Bausch, coautor del estudio.Clulas Artificiales

Clulas ArtificialesCientficos financiados por NASA investigan mtodos para disear clulas que puedan suministrar sangre deshidratada y medicinas de la era espacial

Mayo 29, 2003:Los glbulos rojos son excelentes transportadores de oxgeno. Desdichadamente, eso es lo nico que saben hacer. Con un poco de ayuda, sin embargo, podran resultar mucho ms tiles.Derecha: Glbulos rojos. Crdito: Universidad Estatal de IowaImagnese, por ejemplo, que los glbulos rojos pudiesen transportar todo tipo de cosas -- medicamentos adems de oxgeno. Imagnese que la sangre pudiese al mismo tiempo deshidratarse y almacenarse durante meses o incluso aos. Los mdicos podran transportarla a los campos de batalla -- o al espacio exterior si hablamos de astronautas. Imagnese que la sangre pudiese usarse para hacer transfusiones sin ningn riesgo de infeccin del SIDA o cualquier otra enfermedad.Antese aqu para recibir nuestro servicio de ENTREGA INMEDIATA DE NOTICIAS CIENTFICAS

Un grupo de investigadores universitarios est ayudando a NASA a desarrollar una clula artificial que pueda hacer todo esto, y an ms.Los Bioingenieros Dan Hammer y Dennis Discher de la Universidad de Pennsylvania, y Frank Bates de la Universidad de Minnesota, han creado un tipo de molcula especial -- un polmero -- que puede fabricar algo muy parecido a una membrana celular, y han podido convertir estas membranas en clulas artificiales, o Polimerosomas, que son ms fuertes y ms fcilmente manejables que las clulas reales.Un polmero es simplemente una cadena de molculas ms pequeas que se han entrelazado. La celulosa en las plantas y la lana en las ovejas, son polmeros naturales. Podemos encontrar polmeros fabricados por el hombre en muchas formas, desde medias de nylon hasta repuestos para coches o relleno para muebles.Los polmeros empleados en los Polimerosomas son ms grandes y pesados que los de las molculas naturales de las membranas celulares: tienen un peso molecular por encima de 3.600, comparado con un peso aproximado de 750 para los fosfolpidos, las molculas cido grasas empleadas por las clulas.Las molculas artificiales pueden fabricarse con una importante caracterstica, que tambin comparten muchas molculas naturales; pueden ser transformadas en anfiflicas mediante ingeniera, de modo que un extremo busque agua y el otro la evite. En una solucin acuosa, este tipo de molculas se une espontneamente formando una doble capa con sus extremos hidrfobos (que no toleran el agua) en el medio y sus extremos hidrflos (que toleran el agua) hacia el exterior.Arriba: Molculas de fosfolpidos se unen entre si por los extremos formando una membrana de doble capa. [ms informacin]"Eso fue lo que aprendimos", dice Hammer. "Nos dimos cuenta de que no hay nada que evite que un polmero forme una capa doble, tal y como lo hara un fosfolpido".Las polimerosomas, sin embargo, cuentan con una ventaja enorme: pueden ser controladas. Uniendo molculas diferentes, los investigadores estn aprendiendo a manipular sus caractersticas, consiguiendo que hagan cosas que las clulas biolgicas simplemente no pueden hacer.Por ejemplo, las uniones de las Polimerosomas son fuertes. A pesar de que ciertamente, los fosfolpidos de las membranas naturales se unen entre s, no lo hacen firmemente. Se mueven por los alrededores del interior de la membrana celular y, cuando desaparece la presin del ambiente acuoso, se separan.Izquierda: Polimerosomas gigantes (2-20 mm) en una solucin salina tamponada con fosfato -- vistas con un microscopio de contraste de fases (solucin interna de sacarosa 300 mM). Crdito: Universidad de Pennsylvania.Por otra parte, las Polimerosomas pueden disearse de modo que se unan unas con otras con mucha firmeza. Sus tomos pueden enlazarse no slo dentro de un polmero simple, sino tambin con los tomos de los polmeros cercanos. A esto se le conoce como enlace cruzado, lo cual aumenta enormemente la resistencia de las clulas artificiales. (Son estos enlaces cruzados los que refuerzan los rizos de las permanentes del saln de belleza lo suficiente como para que mantengan la forma que les da el peinado). De hecho, gracias a los enlaces cruzados y al incremento en la resistencia de los polmeros, resulta mil veces ms difcil quebrar a una Polimerosoma que a una clula fosfolpida."Probablemente la principal ventaja desde el punto de vista de NASA", dice Hammer, "es que una vez que las Polimerosomas han establecido sus enlaces cruzados, las clulas se hacen lo bastante resistentes como para permitir su deshidratacin hasta convertirse en polvo". Se les puede almacenar fcilmente durante un perodo prolongado y sin ocupar demasiado espacio. En otras palabras, es la forma perfecta de transportar sangre adicional para las emergencias mdicas que puedan surgir en los viajes a travs de las grandes distancias del espacio exterior.En realidad este fue el uso que l y sus colegas imaginaron inicialmente, afirma Hammer. Pero pronto se dieron cuenta de que las Polimerosomas podras utilizarse tambin para el transporte de otras cosas.Hammer explica: Es fcil encapsular varias clases de molculas mediante Polimerosomas; tales clulas artificiales podran ser enviadas a travs del cuerpo. Debido a que su membrana exterior consiste en molculas que no interactan con las clulas, las Polimerosomas son invisibles a los ojos del sistema inmunolgico. Podran viajar sin obstculos a travs del torrente sanguneo.Mediante biongeniera, se podran modificar las Polimerosomas de modo que algunos tipos de clulas reaccionasen a su contacto. Hammer, Discher y sus colegas pueden agregar ciertas molculas a sus Polimerosomas para que stas se acoplen a las clulas que se seleccionen como objetivo. Normalmente, dice Hammer, las Polmerosomas flotan a travs del torrente sanguneo, durante aproximadamente 18 horas antes de alcanzar su destino y acoplarse a las clulas deseadas.Derecha: Esta secuencia de fotos microscpicas muestra como una Polimerosoma fuertemente unida mediante enlaces cruzados, puede ser deshidratada (para, por ejemplo, facilitar su almacenamiento y transporte) y rehidratada de nuevo. Crdito: Universidad de Pennsylvania.La palabra clave es "destino". Mediante las Polimerosomas, los mdicos no tendran que inundar el cuerpo entero con medicamentos. Se les podran marcar objetivos, de modo que fuesen enviados slo a los lugares donde fuesen necesarios. Medicamentos contra la artritis, por ejemplo, podran enviarse a los dedos hinchados del paciente, sin el riesgo de causar reacciones en otras partes. Las Polimerosomas podran transportar compuestos farmacuticos anticancergenos directamente hasta el tumor. Podran incorporar agentes marcadores -- por ejemplo partculas de xido de hierro -- que pudiesen ser detectadas por monitores de resonancia magntica. Si estas partculas se encapsularan en Polimerosomas diseadas para adherirse a las clulas cancerosas, esto permitira la localizacin de pequeas clulas tumorales que hubiesen migrado a travs del cuerpo.Tericamente, se podran disear Polimerosomas para que transportasen tanto al agente marcador que localizara el problema, como al medicamento que lo tratara.Izquierda: El Prof. Dan Hammer dirige el Departamento de Bioingeniera de la Universidad de Pennsylvania, un centro lder en la investigacin de Polimerosomas. [ms informacin]Usar materiales fabricados por el hombre para producir clulas artificiales es un "concepto altamente novedoso". "Creo que NASA vio esto como un material extraordinario, y queran saber lo lejos que llegaran sus implicaciones". Bajo ciertas condiciones, dice, las Polimerosomas adoptan formas que se asemejan a las formas que toman las clulas biolgicas al, por ejemplo, dividirse.Hammer y sus colegas continan explorando las posibilidades. Estn experimentando con diferentes tipos de polmeros, con el fin de averiguar de qu manera las caractersticas aprovechables de las clulas artificiales podran expandirse.Hammer cree que las aplicaciones ms importantes de las Polimerosomas estn an por conocerse.

Reaccin en cadena de la polimerasa

Gel deagarosateido conbromuro de etidioque muestra varios productos de PCR obtenidos mediante distintoscebadores, con un bajo nivel de especificidad.

Lareaccin en cadena de la polimerasa, conocida comoPCRpor sus siglas en ingls (polymerasechainreaction), es una tcnica debiologa moleculardesarrollada en1986porKary Mullis,1cuyo objetivo es obtener un gran nmero de copias de un fragmento deADNparticular, partiendo de un mnimo; en teora basta partir de una nica copia de ese fragmento original, o molde.Esta tcnica sirve para amplificar un fragmento de ADN; su utilidad es que tras la amplificacin resulta mucho ms fcil identificar con una muy alta probabilidad,virusobacteriascausantes de unaenfermedad, identificar personas (cadveres) o hacer investigacin cientfica sobre el ADN amplificado. Estos usos derivados de la amplificacin han hecho que se convierta en una tcnica muy extendida, con el consiguiente abaratamiento del equipo necesario para llevarla a cabo.

Genoma humano

Elgenoma humanoes elgenomadelHomo sapiens, es decir, la secuencia deADNcontenida en 23 pares decromosomasen elncleode cadaclulahumanadiploide.De los 23 pares, 22 son cromosomasautosmicosy un par determinante del sexo (doscromosomas Xen mujeres y uno X y unoYen varones). El genoma haploide (es decir, con una sola representacin de cada par) tiene una longitud total aproximada de 3200 millones de pares debasesdeADN(3200Mb) que contienen unos 20000-25000genes1(las estimaciones ms recientes apuntan a unos 20500). De las 3200 Mb unas 2950 Mb corresponden aeucromatinay unas 250 Mb aheterocromatina. ElProyecto Genoma Humanoprodujo una secuencia de referencia del genoma humano eucromtico, usado en todo el mundo en las cienciasbiomdicas.La secuencia de ADN que conforma el genoma humano contienecodificadala informacin necesaria para la expresin, altamente coordinada y adaptable al ambiente, delproteomahumano, es decir, del conjunto de las protenas del ser humano. Las protenas, y no el ADN, son las principalesbiomolculasefectoras; poseen funciones estructurales,enzimticas,metablicas, reguladoras, sealizadoras..., organizndose en enormes redes funcionales de interacciones. En definitiva, el proteoma fundamenta la particularmorfologay funcionalidad de cadaclula. Asimismo, la organizacin estructural y funcional de las distintas clulas conforma cadatejidoy cadargano, y, finalmente, el organismo vivo en su conjunto. As, el genoma humano contiene la informacin bsica necesaria para el desarrollo fsico de un ser humano completo.El genoma humano presenta una densidad de genes muy inferior a la que inicialmente se haba predicho, con slo en torno al 1.5%2de su longitud compuesta porexonescodificantes de protenas. Un 70% est compuesto por ADN extragnico y un 30% por secuencias relacionadas con genes. Del total de ADN extragnico, aproximadamente un 70% corresponde a repeticiones dispersas, de manera que, ms o menos, la mitad del genoma humano corresponde a secuencias repetitivas de ADN. Por su parte, del total de ADN relacionado con genes se estima que el 95% corresponde a ADN no codificante:pseudogenes, fragmentos de genes,introneso secuenciasUTR, entre otros.En el genoma humano se detectan ms de 280000 elementos reguladores, aproximadamente un total de 7Mb de secuencia, que se originaron por medio de inserciones de elementos mviles. Estas regiones reguladoras se conservan en elementos no exnicos (CNEEs),fueron nombrados como: SINE, LINE, LTR. Se sabe que al menos entre un 11% y un 20% de estas secuencias reguladoras de genes, que estn conservadas entre especies, fue formado por elementos mviles.El proyecto genoma humano, que se inici en el ao 1990, tuvo como propsito descifrar el cdigo gentico contenido en los 23 pares de cromosomas, en su totalidad. En 2005 se dio por finalizado este estudio llegando a secuenciarse aproximadamente 28000 genes.La funcin de la gran mayora de las bases del genoma humano es desconocida. ElProyecto ENCODE(acrnimo deENCyclopediaOfDNAElements) ha trazado regiones de transcripcin, asociacin a factores de transcripcin, estructura de la cromatina y modificacin de las histonas. Estos datos han permitido asignar funciones bioqumicas para el 80% del genoma, principalmente, fuera de los exones codificantes de protenas. El proyecto ENCODE proporciona nuevos conocimientos sobre la organizacin y la regulacin de los genes y el genoma, y un recurso importante para el estudio de la biologa humana y las enfermedades.