Muchas enfermedades de los seres humanos, por ejemplo el cáncer o la diabetes, proceden de errores en estos sistemas, se desarrolla una tecnología de señalización sintética para entender mejor este proceso.
Los sistemas de señalización permiten a la célula percibir su entorno y responder consecuentemente para la homeostasis y un desarrollo adecuado. Muchas enfermedades de los seres humanos, por ejemplo el cáncer o la diabetes, proceden de errores en estos sistemas, por lo que es necesario desarrollar buenas herramientas para estudiarlos con el fin de desarrollar nuevos tratamientos.
Tradicionalmente se han utilizado métodos de biología molecular y bioquímica para estudiar las vías de señalización celular, prestando especial atención solo a componentes individuales de las vías. No obstante, la llegada de tecnologías ómicas, como la genómica y la proteómica, junto con la biología de sistemas, ha facilitado la obtención de una visión más holística de la señalización.
Para comprender la maquinaria molecular implicada en las cascadas de señalización se requiere una visión detallada de su arquitectura e interacción. A menudo, la reducida abundancia endógena o la heterogeneidad de los tejidos de ciertas proteínas impide su extracción, purificación y la elucidación de su estructura. Los científicos suelen tener que recurrir a la producción recombinante y la purificación de sistemas de células hospedadoras heterólogas. No obstante, esto frecuentemente puede provocar que el comportamiento no sea fisiológico y quede comprometido.
La mayoría de los medicamentos comercializados por el sector farmacéutico se concentran en las cascadas de señalización para tratar las enfermedades. El consorcio financiado con fondos europeos SynSignal consideraba que unas herramientas novedosas basadas en enfoques de biología sintética para estudiar los sistemas de señalización podrían contribuir a superar ciertos desafíos que surgen durante el desarrollo de los productos.
Un enfoque sintético de la señalización
«Los circuitos de señalización celular sintética se consideran análogos a los circuitos electrónicos», explica el doctor Imre Berger, coordinador del proyecto. «De este modo, el sistema resulta accesible para la ingeniería». Los socios de SynSignal diseñaron y desarrollaron unidades estructurales de señalización individuales y las montaron «in vitro» para generar cascadas sintéticas muy similares a los procesos naturales.
«Cada componente del circuito, codificado mediante una secuencia de ADN de función y estructura definidas, se puede intercambiar físicamente con otras unidades estructurales modulares compatibles», añade. Las herramientas para el montaje del ADN y la producción de proteínas demostraron tener un gran potencial de combinación y podrían aplicarse a diferentes tipos de señalización.
Los miembros del proyecto se centraron en la señalización iniciada tras la activación de receptores acoplados a la proteína G, una familia grande y «candente» de proteínas de membrana implicadas en numerosos procesos fisiológicos, por ejemplo el gusto o el olfato. Cabe destacar que estas vías sintéticas sirvieron como plataformas de cribaje para nuevos medicamentos para tratar enfermedades como el cáncer y la diabetes.
Asimismo, se desarrollaron novedosos métodos bioanalíticos en miniatura mediante espectrometría de masas y criomicroscopia de electrones.
Los modelos de mecanismos y los paquetes de software también contribuyeron al análisis de las vías de señalización y al diseño de los circuitos de señalización sintética correspondientes imitando las funciones naturales. Las estrategias de lectura ofrecieron ventajas únicas para el descubrimiento de moléculas y han abierto el camino a desarrollar nuevos ingredientes nutritivos, aromas y sabores.
Aplicación del conjunto de herramientas de señalización sintética
En general, el proyecto SynSignal desarrolló innovadores materiales y plataformas de biología sintética para cambiar el modo en que descubrimos y producimos nuevos medicamentos y productos. «Las plataformas de SynSignal aumentarán la eficiencia de las operaciones de modificación, modulación e interferencia con las vías de señalización esenciales que dictan los procesos celulares», indica el doctor Berger.
Además, se reducirán el coste de desarrollo de los productos y el tiempo necesario para lanzar al mercado nuevos productos. Cabe destacar que esto abrirá vías completamente nuevas para el desarrollo de clases novedosas de tratamientos eficientes y potentes, y facilitará el progreso de la biotecnología industrial y de otros mercados de valor multimillonario.
La política de innovación abierta adoptada por SynSignal permite el acceso de empresas de biotecnología industrial y farmacéuticas europeas a las tecnologías de descubrimiento de fármacos de SynSignal. Esto no solo acelerará los descubrimientos en el ámbito de las ciencias de la vida, sino que también ofrecerá ventajas competitivas a escala mundial.
Según los sistemas de señalización adquieren más importancia fuera del sector farmacéutico, por ejemplo en las industrias de los nutrientes y los aromatizantes, las herramientas obtenidas tendrán aplicaciones en procesos distintos a los biomédicos.
Pensando en el futuro, el doctor Berger señala que «la biología sintética posee un enorme potencial de transformar un gran número de factores clave de desafíos socioeconómicos de gran importancia, como el desarrollo de tecnologías ecológicas o el descubrimiento y fabricación de fármacos».
Investigación fundamental
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