Una colaboración internacional ha revelado la existencia de un fenómeno inesperado, bautizado como dialytaxis, en orgánulos artificiales sin membrana. Según estos trabajos publicados en Nature Communications, este efecto podría desempeñar un papel en la organización de los compartimentos celulares y ser explotado en bioingeniería.
(arriba) las gotitas pasivas son atraídas por los solutos estabilizadores de mezclas y repelidas por los solutos estabilizadores de gotitas. Gradientes opuestos pueden conducir a la ausencia de movimiento neto.
(abajo) las gotitas que producen solutos estabilizadores de mezclas (resp. estabilizadores de gotitas) nadan hacia (resp. se alejan) unas de otras. Las gotitas que producen solutos competidores pueden perseguirse.
Dentro de las células, encontramos compartimentos bien definidos que regulan la actividad bioquímica. Algunos, como el núcleo, poseen una membrana, mientras que otros están delimitados únicamente por una interfaz líquido-líquido que se mantiene a pesar de las numerosas reacciones químicas circundantes.
Si las propiedades de una interfaz líquida varían a lo largo de ella misma, como al agregar localmente un producto tensioactivo como el jabón, aparecen flujos espontáneos que desplazan la materia: esto se llama efecto Marangoni. Se puede observar, por ejemplo, en las lágrimas del vino, esos bordes líquidos que se forman por encima del vino cuando agitamos la copa. En este caso, el alcohol, cuya cantidad varía a lo largo de la interfaz, juega el papel del jabón.
Sin embargo, la gran mayoría de los compartimentos sin membrana de las células no sintetizan ni jabón ni alcohol, y no se supone que el efecto Marangoni pueda producirse allí. Investigadores e investigadoras del Laboratorio de Hidrodinámica (LadHyX, CNRS/École Polytechnique), de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETHZ, Suiza) y de la Universidad Cornell (Estados Unidos) han descubierto, sin embargo, que el efecto Marangoni podría desarrollarse allí según un principio más genérico de lo que se pensaba.
El equipo estudiaba las reacciones químicas dentro de un sistema artificial de gotas de proteínas cargadas con enzimas, que imitan los compartimentos sin membrana de las células. Los científicos observaban la reacción de degradación de la urea en amoníaco y dióxido de carbono, cuando vieron que las gotas de proteínas comenzaban a nadar y a atraerse entre ellas. Un comportamiento que corresponde al efecto Marangoni. Las moléculas producidas por la degradación de la urea, aunque muy diferentes del jabón o del alcohol, perturban la estabilidad de la interfaz líquido-líquido entre la gota y la solución.
Al probar diferentes moléculas, los investigadores se dieron cuenta de que las gotas de proteínas se dirigían colectivamente hacia zonas concentradas en moléculas que las disuelven. Este fenómeno, que los coautores han bautizado como dialytaxis, podría participar en el transporte de compartimentos sin membrana dentro de las células.
Este principio podría, a largo plazo, servir para el diseño de "gotitas robots" que detecten las variaciones de composición química de su entorno, se desplacen en consecuencia, y luego se transformen en microrreactores químicos en el lugar deseado.
Referencias:
Phase-separated droplets swim to their dissolution.
Etienne Jambon-Puillet, Andrea Testa, Charlotta Lorenz, Robert W. Style, Aleksander A. Rebane & Eric R. Dufresne.
Nature Communications volume 15, article number: 3919 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-47889-y
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