Dos equipos dirigidos por la Prof. Dra.Barbara Di Ventura , profesora de investigación de señalización biológica en la Universidad de Friburgo, y el Prof. Dr. Mustafa Hani Khammash, profesor de teoría de control y biología de sistemas en la ETH de Zúrich, han desarrollado una herramienta optogenética llamada BLADE, que simplifica un método estándar en biotecnología: en lugar de alimentar a las bacterias con azúcar como se hace comúnmente, los investigadores ahora simplemente arrojan luz sobre ellas. Di Ventura, Khammash y sus equipos, los primeros primeros autores Edoardo Romano y el Dr. Armin Baumschlager, publicaron sus resultados en Nature Chemical Biology.

Con su nueva herramienta para la biología sintética, los investigadores de Friburgo hacen que las bacterias desarrollen fotografías

“Hemos llamado al nuevo sistema BLADE, dímeros AraC inducibles por luz azul en Escherichia coli ”, explica Romano. Los científicos controlan la expresión de un gen deseado en la bacteria E. coli utilizando el promotor P BAD, que forma parte de la red genética que regula el metabolismo del azúcar arabinosa en las bacterias. Esto les permite producir proteínas de forma selectiva y estudiar los procesos de señalización en las bacterias. «Esta nueva construcción guiada por luz puede reemplazar el sistema de expresión génica de arabinosa de amplia difusión, facilitando la adopción de optogenética entre los microbiólogos», explica Di Ventura, que es miembro de Clusters of Excellence CIBSS – Centro de Estudios Integrativos de Señalización Biológica y BIOSS – Centro de Estudios de Señalización Biológica.

La optogenética utiliza proteínas que responden a la luz para regular las funciones celulares. “BLADE está diseñado para su uso en biología sintética, microbiología y biotecnología. Demostramos que nuestra herramienta se puede utilizar de manera específica, que es rápida y reversible”, comenta Di Ventura. Para demostrar con qué precisión responde BLADE a la luz, Di Ventura y su equipo hicieron bacteriografías: imágenes creadas a partir de cultivos bacterianos. BLADE consta de una proteína sensible a la luz y un factor de transcripción: una proteína que se une a una secuencia específica del ADN que se encuentra en la llamada región promotora de un gen y controla si la maquinaria celular lee el gen correspondiente. Los investigadores controlaron con BLADE la expresión del gen que codifica una proteína fluorescente para crear las bacteriografías.

Así como la levadura sirve en las panaderías como ayudante unicelular, la bacteria Escherischia coli es imprescindible en todos los laboratorios de biotecnología.

Los científicos de Friburgo iluminaron el «cesped» bacteriano a través de una fotomáscara. Las bacterias emitieron fluorescencia en el punto en el que se iluminaron, porque BLADE se activó: las imágenes se crearon bajo un microscopio de fluorescencia. En otro experimento, los investigadores utilizaron BLADE para regular genes que hacen que las células de E. coli sean más largas, gruesas y con forma de varilla. Incluso fue posible revertir los cambios: las células volvieron a su forma original después de cuatro horas sin luz. De esta manera, el sistema se puede utilizar para estudiar muchos otros genes, incluso genes que no son de E. coli .

Di Ventura tiene una de las cátedras principales en BIOSS – Centro de Estudios de Señalización Biológica y coordina el Área de Investigación C: Reconstrucción y Biotecnología. En el Cluster of Excellence CIBSS – Center for Integrative Biological Signaling Studies, Di Ventura participa en el desarrollo de las denominadas tecnologías de control de función, como las herramientas optogenéticas.