Un equipo de científicos de la Universidad de Stuttgart ha logrado un avance significativo en la investigación de células sintéticas al desarrollar una arquitectura de membrana artificial que imita las interacciones moleculares de los sistemas vivos, según un estudio publicado en la revista Nature Chemistry con el identificador DOI https://doi.org/10.1038/s41557-026-02124-7.

La investigación, realizada en colaboración con científicos de la Universidad de Michigan y la Universidad Estatal de Arizona, utilizó nanotecnología de ADN para crear lo que el equipo denomina un 'microrreactor de célula sintética de doble cuello', una plataforma artificial programable capaz de coordinar el transporte molecular y las reacciones bioquímicas.

'Acoplamos funcionalmente dos nanoporos basados en ADN utilizando la dinámica de membranas. La activación de un nanoporo puede desencadenar la formación de un segundo tipo de poro. Esto nos permite controlar el transporte molecular y las reacciones bioquímicas dentro del compartimento artificial', explicó Laura Na Liu, directora del 2º Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart, según la institución.

Los sistemas vivos como las células dependen de poros y canales de membrana para transportar moléculas, intercambiar señales y organizar reacciones bioquímicas, funciones que emergen de interacciones dinámicas entre componentes moleculares. La nueva plataforma sintética replica estos principios fundamentales.

La complejidad biológica surge de las interacciones entre muchos componentes acoplados en lugar de funciones aisladas. En la materia viva, el comportamiento colectivo surge a través de la comunicación continua, la retroalimentación y la regulación dinámica en múltiples escalas espaciales y temporales.

'El microrreactor de célula sintética de doble cuello ilustra cómo los principios de organización colectiva pueden comenzar a transferirse a sistemas sintéticos', afirmó Thomas Speck, director del Instituto de Física Teórica IV de la Universidad de Stuttgart, según la fuente.

Al acoplar la dinámica de membranas, el transporte molecular y las nanoestructuras de ADN programables en una red interactiva, los investigadores de Stuttgart introducen una estrategia ascendente para construir módulos sintéticos con comportamiento colectivo coordinado.

La plataforma funciona también como una cámara de reacción a microescala controlable para reacciones químicas. La regulación dinámica de la permeabilidad de la membrana permite que diferentes bloques de construcción moleculares y reactivos se entreguen en una secuencia controlada en espacios de reacción confinados.

Utilizando este principio, los investigadores orquestaron procesos bioquímicos que abarcan reacciones en cascada de enzimas para transformaciones similares a vías metabólicas, polimerización y agrupación de actina para imitar la organización del citoesqueleto, transcripción de ARN Spinach sin células para la expresión génica controlada, así como la síntesis confinada de cristales de ADN tridimensionales.

'Los entornos de reacción regulados dinámicamente podrían abrir nuevas posibilidades para la síntesis bioquímica programable y entidades artificiales capaces de organizar procesos complejos de múltiples pasos de forma autónoma', señaló Stephan Nussberger, quien dirige la División de Biofísica del Instituto de Biomateriales y Sistemas Biomoleculares de la Universidad de Stuttgart, según la institución.

El estudio se basa en la nanotecnología de ADN, un campo de investigación que utiliza el ADN no solo como material genético, sino también como material de construcción programable para arquitecturas y dispositivos a nanoescala. Durante los últimos años, el grupo de investigación de Laura Na Liu ha sido pionero en múltiples enfoques para diseñar arquitecturas dinámicas basadas en ADN en membranas celulares.

'La próxima frontera ya no es simplemente construir estructuras, sino programar cómo los componentes sintéticos interactúan, se comunican y organizan colectivamente la funcionalidad', afirmó Laura Na Liu, según la Universidad de Stuttgart. 'El microrreactor de célula sintética de doble cuello es un paso hacia esto'.

Este avance representa un progreso significativo en la biología sintética al demostrar que es posible replicar artificialmente los principios de organización colectiva que caracterizan a los sistemas vivos. La capacidad de programar interacciones entre componentes sintéticos y controlar procesos bioquímicos complejos de manera secuencial podría tener aplicaciones en el desarrollo de nuevas tecnologías biotecnológicas, desde la síntesis de compuestos farmacéuticos hasta la creación de sistemas artificiales capaces de realizar funciones biológicas específicas de manera autónoma.

La investigación marca un cambio de paradigma en el campo de la biología sintética, pasando de la simple construcción de estructuras artificiales a la programación de sistemas capaces de exhibir comportamientos colectivos coordinados similares a los observados en organismos vivos.