Nuevas técnicas en la investigación de proteínas de levadura

La levadura de pan, conocida como Saccharomyces Cerevisiae, es un organismo súper importante en la investigación biológica. Es barata de cultivar, fácil de manejar y comparte muchos genes con los humanos. Por eso, es muy popular entre los científicos que estudian cómo funcionan las células. Los investigadores usan bibliotecas, o colecciones de cepas de levadura genéticamente modificadas, para ver muchos genes a la vez. Cada cepa en estas bibliotecas tiene un cambio pequeño en un gen, lo que permite a los científicos estudiar cómo ese gen afecta a la levadura.

#Desarrollo de Bibliotecas de Levadura

Uno de los grandes avances en la investigación de levadura es la creación de una biblioteca de eliminación llamada biblioteca Yeast Knock-Out (YKO). En esta biblioteca, la mayoría de los genes no esenciales han sido eliminados de la levadura. Esta biblioteca ha ayudado a los científicos a hacer muchos descubrimientos importantes sobre cómo funcionan las células. Al vincular genes específicos con sus roles en la célula, los investigadores han obtenido una mejor comprensión de cómo operan las células. Por ejemplo, los científicos usaron la biblioteca YKO para encontrar genes que ayudan a distribuir las mitocondrias correctamente dentro de la célula.

Además de la biblioteca YKO, hay una biblioteca que utiliza la Proteína Fluorescente Verde (GFP) para visualizar proteínas en células vivas. Esta biblioteca GFP permite a los científicos ver dónde están ubicadas las proteínas y cuántas copias de cada proteína están presentes.

#Avances en la Creación de Bibliotecas

Antes, crear estas bibliotecas era lento y costoso. Sin embargo, nuevas técnicas como las bibliotecas SWAp-Tag (SWAT) han hecho que este proceso sea más fácil. Las bibliotecas SWAT permiten a los investigadores intercambiar fácilmente diferentes secuencias genéticas, como etiquetas que ayudan a rastrear proteínas. Aún así, muchos genes de levadura siguen siendo poco entendidos, en parte porque las herramientas existentes pueden perder detalles importantes debido a cambios en la célula después de que se alteran los genes.

Para abordar estos problemas, los científicos desarrollaron bibliotecas condicionales que pueden cambiar la cantidad de ciertas proteínas presentes. Por ejemplo, un sistema permite a los investigadores apagar un gen cuando se añade un compuesto específico. Otro sistema permite encender o apagar proteínas usando una hormona específica. Estos métodos se centran principalmente en genes esenciales, que a menudo faltan en las bibliotecas de eliminación. Sin embargo, estas técnicas han tenido éxito desigual, ya que a veces no logran mostrar efectos claros.

#Nuevas Estrategias para la Depleción de Proteínas

Inspirados por la idea de que nuevos métodos pueden llevar a avances científicos, los investigadores han decidido usar un nuevo enfoque llamado sistema Auxin Inducible Degron (AID). Este sistema permite a los científicos eliminar rápida y reversiblemente proteínas de las células. El sistema AID funciona utilizando una versión modificada de una hormona de planta para activar la destrucción de proteínas específicas. Este sistema es beneficioso porque no pone demasiado estrés en las células y puede adaptarse rápidamente a condiciones cambiantes.

Los investigadores han combinado este sistema AID con el enfoque de la biblioteca SWAT, creando una gran colección de cepas de levadura que se pueden usar para estudiar muchas proteínas al mismo tiempo. Al agregar una etiqueta GFP a las proteínas, los científicos pueden ver dónde están estas proteínas y si han sido eliminadas con éxito de las células.

#Validando el Nuevo Sistema de Bibliotecas

Para asegurarse de que el nuevo sistema funcione bien, los investigadores lo probaron con estudios de levadura conocidos. Pudieron confirmar la presencia de proteínas esenciales bajo diferentes condiciones de crecimiento, apoyando la efectividad de su nuevo método. También encontraron grupos de cepas de levadura que se veían similares cuando fueron tratadas con el nuevo sistema de depleción de proteínas, lo que les permitió revisar estudios antiguos de una manera nueva.

#Creando una Amplia Gama de Opciones de Depleción de Proteínas

Los investigadores querían crear un sistema rápido y eficiente para eliminar proteínas de las células de levadura. Su enfoque incluía el uso del sistema AID mejorado, que permite un control preciso sobre los niveles de proteínas. Este nuevo sistema reduce el ruido de fondo cuando no hay químicos presentes, lo que facilita aún más a los científicos ver los cambios que ocurren cuando se elimina una proteína.

Al implementar este sistema AID en una gran colección de cepas de levadura, los investigadores ahora pueden observar cómo la eliminación de varias proteínas afecta el crecimiento y función celular. Esta biblioteca consiste en más de 5,000 cepas que se pueden usar para explorar más a fondo los procesos celulares.

#Cómo Funciona el Nuevo Sistema de Bibliotecas

Para confirmar la precisión de su nuevo sistema, los investigadores monitorearon qué tan rápido desaparecían diferentes proteínas después de activar el proceso de eliminación de proteínas. Usaron tanto imágenes fluorescentes como técnicas de laboratorio tradicionales para asegurarse de que la fluorescencia de la etiqueta GFP coincidiera con los niveles de las proteínas que se estaban eliminando. Este enfoque demostró que el nuevo sistema es confiable para rastrear los niveles de proteínas.

#Colección Integral de Proteínas Depletables

Con su nuevo sistema AID, los investigadores establecieron una biblioteca completa de cepas de levadura que pueden tener proteínas específicas eliminadas selectivamente. Descubrieron que muchas proteínas responden bien a este nuevo sistema, confirmando que puede usarse para una amplia gama de preguntas científicas. La gran cantidad de cepas responsivas de la nueva biblioteca permite a los científicos explorar las funciones de las proteínas más a fondo que antes.

#Investigando la Esencialidad de las Proteínas

Para probar qué tan bien funciona su nueva biblioteca, los investigadores observaron proteínas esenciales que son críticas para el crecimiento de la levadura. Crecieron sus cepas de levadura en diferentes tipos de fuentes de alimento y midieron qué tan bien crecieron las células con y sin la eliminación de proteínas. Algunas cepas mostraron déficits de crecimiento significativos cuando se eliminaron ciertas proteínas, lo que permitió a los investigadores identificar proteínas esenciales que antes no se conocían.

#Identificando Nuevos Genes Esenciales

El equipo de investigación pudo encontrar nuevos genes esenciales que no habían sido reconocidos anteriormente, ampliando así nuestro conocimiento sobre qué proteínas son críticas para la supervivencia celular. Descubrieron que muchas de estas proteínas participan en procesos importantes como el procesamiento de ARN y la biosíntesis de aminoácidos. Esta investigación muestra el potencial de su nueva biblioteca para descubrir funciones ocultas de los genes.

#Perspectivas sobre la Biología Mitocondrial

Los investigadores también investigaron cómo su biblioteca podría ayudar a entender la función de las mitocondrias, los orgánulos productores de energía en las células. Estudiaron cómo la eliminación de proteínas específicas afectaba la forma y distribución de las mitocondrias, encontrando que muchas proteínas conocidas eran de hecho importantes para estos procesos. Además, identificaron un gran número de candidatos previamente no reconocidos, ampliando la comprensión de la biología mitocondrial.

#Revisando el Ciclo de División Celular

Finalmente, los investigadores miraron de nuevo las proteínas involucradas en el ciclo de división celular, que fueron identificadas por primera vez en estudios anteriores. Usando su nueva biblioteca, encontraron que muchas cepas presentaron problemas con la división celular cuando se eliminaron ciertas proteínas. Algunos mutantes mostraron patrones de crecimiento sincronizados, lo que sugiere su utilidad para examinar las complejidades del ciclo celular.

#Conclusión

En resumen, la biblioteca C' AID-GFP representa un avance importante en la investigación de levadura, permitiendo a los científicos depletar sistemáticamente proteínas y evaluar sus efectos en los procesos celulares. Al proporcionar estas herramientas a la comunidad científica, los investigadores esperan acelerar los descubrimientos en biología de levaduras y profundizar en la comprensión de muchos procesos biológicos fundamentales.