Construcción quimioselectiva de células artificiales funcionales

Abstract

[Resumen]: Uno de los principales objetivos de la biología sintética es crear células artificiales a partir de precursores no vivos. Ser capaces de reproducir las características de la vida en el laboratorio permite, no solamente entender mejor los procesos celulares y los requerimientos de la vida, sino desarrollar nuevas aplicaciones en la industria farmacéutica y biotecnológica. Además, este campo de estudio también ha ganado popularidad por su capacidad para vislumbrar cómo surgió la vida en la Tierra. Para la fabricación de este tipo de sistemas es necesario mimetizar la membrana celular, la cual es indispensable para la vida porque permite la compartimentalización, presente en todos los organismos vivos. En el presente Trabajo de Fin de Grado se ha desarrollado una ambiciosa estrategia para la construcción de nuevos modelos de células sintéticas funcionales basada en la preparación in situ de conjugados anfifílicos aminoácido-lípido, los cuales se autoensamblan en forma de vesículas biomiméticas de la membrana celular. La aproximación hace uso de diferentes reacciones quimioselectivas llevadas a cabo en medio acuoso, utilizando precursores sencillos que puedan ser plausibles desde el punto de vista del origen de la vida. Dichas metodologías resultan especialmente útiles como herramientas para el establecimiento de compartimentos únicos que faciliten el transporte dirigido de fármacos, la construcción de microrreactores y la reconstitución de proteínas. Estos estudios brindan un mayor entendimiento sobre la naturaleza de los sistemas vivos y ofrecen nuevos conocimientos sobre el origen de la vida celular.

[Resumo]: Un dos principais obxectivos da bioloxía sintética é crear células artificiais a partir de precursores non vivos. Ser capaces de reproducir as características da vida no laboratorio permite, non soamente entender mellor os procesos celulares e os requirimentos da vida, senón desenvolver novas aplicacións na industria farmacéutica e biotecnolóxica. Ademais, este campo de estudo tamén gañou popularidade pola súa capacidade para albiscar como xurdiu a vida na Terra. Para a fabricación deste tipo de sistemas é necesario mimetizar a membrana celular, a cal é indispensable para a vida porque permite a compartimentalización, presente en todos os organismos vivos. No presente Traballo de Fin de Grao desenvolveuse unha ambiciosa estratexia para a construción de novos modelos de células sintéticas funcionais, baseada na preparación in situ de conxugados anfifílicos aminoácido-lípido, os cales se autoensamblan en forma de vesículas biomiméticas da membrana celular. A aproximación fai uso de diferentes reaccións quimioselectivas levadas a cabo no medio acuoso, utilizando precursores sinxelos que poidan ser plausibles dende o punto de vista da orixe da vida. Ditas metodoloxías resultan especialmente útiles como ferramentas para o establecemento de compartimentos únicos que faciliten o transporte dirixido de fármacos, a construción de microrreactores e a reconstitución de proteínas. Estes estudos brindan un maior entendemento sobre a natureza dos sistemas vivos e ofrecen novos coñecementos sobre a orixe da vida celular.

[Abstract]: One of the main goals of synthetic biology is to create artificial cells from nonliving precursors. Being able to reproduce the characteristics of life in the laboratory allows not only to better understand cellular processes and the requirements of life, but also to develop new applications in the pharmaceutical and biotechnology industries. In addition, this field of study has also gained popularity for its ability to provide a glimpse of how life arose on Earth. For the fabrication of this type of systems it is necessary to mimic the cell membrane, which is indispensable for life because it allows compartmentalization, present in all living organisms. In this thesis we have developed an ambitious strategy for the construction of new models of functional synthetic cells based on the in situ preparation of amphiphilic amino acid-lipid conjugates, which selfassemble in the form of biomimetic vesicles of the cell membrane. The approach makes use of different chemoselective reactions conducted in aqueous media, using simple precursors that may be plausible from the point of view of the origin of life. Such methodologies are particularly useful as tools for the establishment of single compartments to facilitate targeted drug delivery, the construction of microreactors and protein reconstitution. These studies provide a better understanding of the nature of living systems and offer new insights into the origin of cellular life.