Explorant l’estructura de les proteïnes: des dels gens fins a les nanomàquines

Com podem produir la proteïna d’una medusa o d’un humà en un bacteri? Com podem determinar i estudiar l’estructura 3D d’una molècula que és invisible a l’ull humà? Què són les nanomàquines i com les podem dissenyar mitjançant enginyeria genètica? Aquestes són algunes de les preguntes que podràs resoldre en aquest projecte realitzant experiments de biologia molecular, bioquímica i cristal·lografia, juntament amb el tractament bioinformàtic de seqüències d’ADN i proteïnes. A més a més, tindràs l’oportunitat de visualitzar la proteïna que escullis gràcies a la impressió 3D!

Projecte liderat per investigadors del John Innes Centre (Regne Unit) i de la Universitat de Copenhaguen (Dinamarca). 

El John Innes Centre (JIC) és un centre de recerca d'excel·lència independent i internacional que es dedica a una àmplia gamma de disciplines en ciències biològiques i químiques, que inclouen microbiologia, biologia cel·lular, bioquímica, química, genètica, biologia molecular, biologia computacional i matemàtica. És un centre que rep financiació del prestigiós UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) per quatre dels Institute Strategic Programs (ISPs), els quals atenen als objectius del BBSRC en seguretat alimentària, salut humana i biotecnologia industrial. La Universitat de Copenhaguen és una de les institucions d'investigació i educació de prestigi internacional més grans dels països nòrdics. És membre de la International Alliance of Research Universities (IARU), juntament amb altres universitats prestigioses de tot el món, i ofereix una gran diversitat acadèmica i de recerca per tal de fer front als reptes actuals de la societat, com ara la salut i el medi ambient. 

www.jic.ac.ukwww.ku.dk

 

Gran part dels descobriments de la biologia actual no es poden entendre si no es té coneixement de què són els gens, l’ADN, l’ARN i les proteïnes, i els processos que els relacionen (replicació, transcripció i traducció). Saber i entendre el dogma central de la biologia molecular és vital per a qualsevol estudiant que vulgui dedicar-se a la recerca en el camp de la biociència. En aquest projecte, aconseguirem explicar tots aquests conceptes i en veurem la seva importància anant des de l’expressió d’un gen d’interès fins a la determinació de l’estructura tridimensional d’una proteïna.

Així doncs, el projecte començarà amb la transformació de bacteris per tal que produeixin, per exemple, una proteïna fluorescent de medusa anomenada GFP (Green Fluorescent Protein). Aquesta proteïna ha revolucionat el camp de la biomedicina, on és àmpliament utilitzada com a biosensor. Seguidament, purificarem la proteïna mitjançant tècniques cromatogràfiques. Processos d’expressió i purificació de proteïnes exògenes similars al nostre són àmpliament utilitzats en el camp de la biotecnologia i la biomedicina, amb exemples ben notoris com la producció d’insulina per a diabètics o la producció d’anticossos.

Seguidament, entrarem en el camp de la biologia estructural. En primer lloc, cristal·litzarem una proteïna d’interès i després aprendrem a utilitzar aquests cristalls per tal de determinar la seva estructura tridimensional amb programes bioinformàtics. A més, explicarem noves tècniques que han permès un creixement exponencial d’aquest camp, com per exemple la microscòpia crioelectrònica (cryo-EM). Els científics que van desenvolupar aquesta tècnica van ser guardonats l’any 2017 amb el Premi Nobel de Química.

Un cop haguem entès a la pràctica el dogma central de la biologia, aprendrem a utilitzar diferents bases de dades de seqüències d’ADN i de proteïnes i treballarem amb la predicció computacional d’estructures proteiques. Explicarem per què és tan important conèixer l’estructura de les proteïnes i com les podem modificar utilitzant tècniques d’enginyeria genètica per tal de produir nanomàquines o vacunes. Els alumnes utilitzaran la seva creativitat i les eines bioinformàtiques treballades per tal de modificar seqüències d’ADN o proteïnes i visualitzar els efectes d’aquests canvis.

Finalment, els estudiants tindran l’oportunitat d’aprendre el funcionament d’una impressora 3D, la qual utilitzaran per a imprimir, per exemple, les estructures de proteïnes que ells escullin. A més, debatrem en grup el potencial i l’impacte de totes les tècniques que haguem utilitzat, farem tallers de com fer una bona presentació científica i aprendrem a buscar, interpretar, i escriure articles científics.

 

EQUIP INVESTIGADOR

Roger Castells Graells

Va rebre la beca de Joves i Ciència l’any 2009. Actualment, està realitzant el doctorat en nanobiotecnologia al John Innes Centre (Norwich, Regne Unit). La seva recerca es basa en l’estudi i producció de nanopartícules i nanomàquines utilitzant plantes com a sistema d’expressió. També ha realitzat recerca científica al Centre de Recerca en Agrigenòmica (Barcelona, Espanya), a la Universitat de Zurich (Zurich, Suïssa) i a la Ludwig-Maximilian Universitat de Munich (Munich, Alemanya). Anteriorment va estudiar el Grau de Biotecnologia a la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i ha estat guardonat amb diversos reconeixements per la seva tasca de comunicació i divulgació científica.

Laia Herrero Nogareda

Va rebre la beca de Joves i Ciència l’any 2009. Actualment, està realitzant la tesi del Màster Environmental Sciences (Chemistry, Toxicology and Health) de la Universitat de Copenhaguen amb la beca d’excel·lència de la Caixa per a estudis de post-grau. Anteriorment va estudiar el Grau de Biotecnologia a la Universitat Autònoma de Barcelona, on va rebre el premi extraordinari de carrera. Relacionat amb el projecte que s’està presentant, ha realitzat una estada de pràctiques en el Departament de Biologia Estructural de l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona sobre l’expressió, purificació, cristal·lització i modelatge de proteïnes, amb l’estructura d’una proteïna publicada al Protein Data Bank (PDB ID: 4RPE) com a resultat. També ha dut a terme recerca en el Departament de Nanobiotecnologia de la Universitat de Viena (Viena, Àustria) i en el grup de Toxicologia Ambiental de la Universitat de Barcelona.

Cristina Vives

Doctora en Biologia i Biotecnologia Vegetal per la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). Anteriorment va estudiar el màster en Millora Genètica Vegetal del Institut Agronòmic Mediterrani de Saragossa (IAMZ-CIHEAM, Saragossa) i la carrera de Biotecnologia per la Universitat de Vic (UVIC, Vic). La recerca del seu doctorat realitzat en el Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG, Barcelona) ha consistit en estudiar els impactes dels transposons en l’evolució dels genomes de plantes, utilitzant tant tècniques de biologia molecular com aproximacions bioinformàtiques. Recentment, ha realitzat un post-doctorat en l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB, Barcelona) per tal d’identificar i caracteritzar les proteïnes insulator i el seu paper en l’organització de la cromatina. Anteriorment, va realitzar estades de pràctiques en el Departament de Genètica Vegetal del Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA, Barcelona) i en l’Institut de Biocomplexitat de la Universitat de Virginia Tech (VIB, Estats Units d’Amèrica).