Evolución de un conjunto de proteínas diseñado que encapsula su propio genoma de ARN

Área de la Ciencia:

• Biotecnología
• Biología sintética
• Ingeniería de proteínas

Sus antecedentes:

• Los sistemas biológicos utilizan la encapsulación para la protección del material genético, con virus que emplean cápsidas.
• La ingeniería de cápsidas virales es un desafío debido a la optimización evolutiva para la eficiencia sobre la modularidad.
• Los conjuntos de proteínas sintéticas ofrecen una "lista en blanco" para el desarrollo de herramientas biomédicas sin preocupaciones de seguridad viral.

Objetivo del estudio:

• Crear y desarrollar nucleocápsidos sintéticos para el empaquetado y protección eficiente del genoma.
• Explorar el potencial de ensamblajes de proteínas diseñados por computación para la administración de medicamentos y aplicaciones biomédicas.
• Demostrar un enfoque "de abajo hacia arriba" para crear nanomateriales funcionales a través del diseño computacional y la evolución dirigida.

Principales métodos:

• Ensamblajes de proteínas icosaédricos diseñados por computación con superficies internas cargadas positivamente.
• Nucleocápsidos sintéticos diseñados capaces de empaquetar sus propios genomas de ARNm de longitud completa.
• Se utilizó la evolución dirigida en Escherichia coli para optimizar las propiedades de los nucleocápcidos.

Principales resultados:

• Se logró una mejora de más de 133 veces en la eficiencia del empaque del genoma.
• Mejora de la estabilidad en la sangre, protegiendo el ARN empacado de menos del 3,7% al 71% después de 6 horas.
• Aumento del tiempo de circulación in vivo de menos de 5 minutos a aproximadamente 4,5 horas.
• Embalaje demostrado de un genoma de ARN de longitud completa por cada 11 conjuntos, comparable a los vectores de virus asociados con adeno.

Conclusiones:

• Los ensamblajes de proteínas sintéticas pueden desarrollar envases de genoma y capacidades de protección similares a los virus.
• La evolución dirigida de ensamblajes de proteínas diseñados por computación proporciona una alternativa programable "de abajo hacia arriba" a los virus modificados.
• Estos nucleocápsidos sintéticos son prometedores para la administración de medicamentos y otras aplicaciones biomédicas.