Tecnología pionera mapea interacciones proteicas en células utilizando códigos de barras de ADN
Actualizado el 07 Oct 2024
Las proteínas desempeñan un papel vital en casi todos los procesos vitales, y comprender cómo interactúan estas moléculas esenciales es crucial tanto en biología como en medicina. Las interacciones entre proteínas impulsan funciones críticas en la salud y la enfermedad, y descifrar estas interacciones puede mejorar las predicciones del comportamiento celular y ofrecer importantes aplicaciones clínicas, desde diagnósticos mejorados hasta terapias más efectivas. Sin embargo, los métodos actuales para estudiar las interacciones entre proteínas tienen limitaciones, como producir resultados falsos y no captar la gama completa de interacciones entre proteínas. Por ejemplo, los ensayos de doble híbrido en levadura, que son ampliamente utilizados, se centran en interacciones binarias por pares y requieren manipulación genética, lo que los hace inadecuados para muestras clínicas. De manera similar, la proteómica basada en espectrometría de masas a menudo pasa por alto interacciones débiles debido al extenso procesamiento de muestras y evalúa las interacciones de proteínas de manera binaria. Estos métodos existentes son insuficientes para detectar interacciones complejas de orden superior donde múltiples proteínas forman grandes ensamblajes funcionales, lo que es crucial en los cánceres agresivos.
Ahora, un equipo de investigadores del Instituto de Innovación y Tecnología de la Salud de NUS (iHealthtech, Singapur) ha desarrollado una tecnología novedosa llamada TETRIS para mapear diversas interacciones de proteínas en las células utilizando códigos de barras de ADN. Este enfoque innovador permite la identificación y cuantificación de múltiples socios interactuantes en grandes conjuntos de proteínas. Al capturar la compleja jerarquía de interacciones de proteínas dentro de las células tumorales, TETRIS descubre los mecanismos moleculares que impulsan la progresión de la enfermedad. Esto conduce a diagnósticos más precisos, permitiendo la subtipificación de cánceres e identificando formas agresivas de la enfermedad en cuestión de horas, una capacidad previamente inexistente.Además, TETRIS ofrece información para estrategias de tratamiento personalizadas al identificar proteínas específicas y sus interacciones que impulsan el crecimiento del cáncer, lo que abre la puerta a terapias dirigidas que pueden mejorar los resultados del paciente.
TETRIS aprovecha la nanotecnología del ADN para mapear las interacciones de proteínas directamente en muestras de pacientes. Utiliza estructuras moleculares híbridas como codificadores inteligentes, cada una con un anticuerpo que reconoce el objetivo y un código de barras de ADN modelado. Estos codificadores se unen a las proteínas que interactúan y fusionan sus códigos de barras con las unidades vecinas, capturando tanto la identidad molecular como las relaciones espaciales de las proteínas. A diferencia de los métodos tradicionales, TETRIS puede medir interacciones de proteínas tanto por pares como de orden superior, lo que proporciona una visión integral de la compleja red de interacción de proteínas, o interactoma. Una característica clave de TETRIS es su capacidad para codificar y decodificar interacciones de proteínas directamente en muestras clínicas. La tecnología se ha probado con éxito en biopsias de tejido de cáncer de mama humano, donde diagnosticó con precisión subtipos de cáncer y reveló interacciones de proteínas de orden superior vinculadas a la agresividad del cáncer. Estos hallazgos se publicaron en la revista científica Nature Biomedical Engineering.
TETRIS ofrece una comprensión más detallada y precisa de los mecanismos moleculares que subyacen a las enfermedades, lo que beneficia enormemente el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. Al detectar cambios en las interacciones de proteínas de orden superior (que suelen ser marcadores de cánceres agresivos), esta tecnología permite tomar decisiones clínicas más personalizadas. Diseñado para la escalabilidad y adaptabilidad, TETRIS puede procesar un gran número de muestras y entregar resultados rápidos utilizando la infraestructura de laboratorio existente, lo que lo hace adecuado para integrarse en flujos de trabajo clínicos rutinarios. Por ejemplo, en un consultorio médico, las muestras obtenidas mediante aspiración con aguja fina (una biopsia mínimamente invasiva) pueden ser analizadas rápidamente para guiar las decisiones de tratamiento. Los investigadores planean ampliar TETRIS a otros tipos de cánceres y enfermedades neurológicas, lo que podría conducir a nuevas herramientas de diagnóstico y tratamientos para una variedad de enfermedades.
“Piense en las proteínas como si fueran delegados en una conferencia científica. Cada delegado lleva una etiqueta con un código de barras único”, dijo el profesor asociado Brian Lim, quien dirigió el desarrollo de los algoritmos utilizados para procesar los datos recopilados por TETRIS. “Cuando interactúan, o se dan la mano, TETRIS captura estas interacciones vinculando sus códigos de barras. Esto crea una cadena de interacciones que posteriormente podemos leer y decodificar mediante algoritmos. Al igual que ver quién está charlando con quién en la conferencia, TETRIS nos permite ver cómo interactúan las proteínas dentro de las células, lo que nos proporciona una lente a través de la cual podemos comprender y diagnosticar enfermedades de manera más efectiva”.
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