En las células vivas, las moléculas pueden ensamblarse mediante un proceso dinámico y transitorio, formando gotitas que retienen los componentes necesarios para una función específica.
Una vez que se unen, estos conjuntos moleculares pueden descomponer nutrientes, enviar señales a las células vecinas o modular las respuestas al estrés.
Jerel Joseph intenta descubrir las reglas detrás de la formación y evolución de estas gotas, conocidas como condensados biomoleculares.
“Estas estructuras de membranas son como líquidos. Exhiben propiedades como fluir, romperse y fusionarse, y formarse (a través de) separación, como gotas de aceite en el agua, dijo Joseph, quien se unió a Princeton en enero de 2023 como profesor asistente de ingeniería química y biológica.
«Lo que los hace tan interesantes», tanto para estudiarlos como para diseñarlos potencialmente, dijo Joseph, «es que tienen amplias funciones e implicaciones para la salud y la enfermedad».
El equipo de Joseph utiliza simulaciones por computadora para investigar la formación de condensados biomoleculares (gotas que contienen cientos de moléculas de proteínas y, a veces, ADN o ARN) y cómo regulan el crecimiento, el metabolismo y más.
La comprensión de los investigadores sobre los condensados biomoleculares ha avanzado mucho desde que el profesor de Princeton Clifford Beringwein y otros describieron por primera vez la apariencia de estos componentes celulares hace casi 15 años. Aún así, quedan muchas preguntas sobre las condiciones que forman los condensados y cómo cambian con el tiempo.
«Si podemos entender cómo se forman y regulan los condensados, podemos diseñarlos», afirmó Joseph. “Básicamente, queremos aplicar ingeniería inversa a los condensados para descubrir cómo se forman. Y además, los pioneros los diseñan para crear nuevas funciones dentro de las células o prevenir funciones no deseadas, «como el cáncer o las enfermedades neurodegenerativas». Joseph también está entusiasmado con la posibilidad de diseñar el metabolismo de las plantas para la producción sostenible de alimentos.
Pero antes de que estas aplicaciones puedan realizarse, Joseph y su equipo deben desarrollar modelos computacionales que sean lo suficientemente precisos como para representar la organización dentro de las células vivas, pero lo suficientemente eficientes como para ejecutarse en las computadoras actuales.
Joseph dijo que un creciente conjunto de datos empíricos sobre cómo interactúan la forma y el cambio es clave para fundamentar el modelo de su equipo. Su trabajo postdoctoral en la Universidad de Cambridge implicó el desarrollo de simulaciones avanzadas para predecir la separación de fases de proteínas, logrando un nuevo grado de precisión.
«Ahora queremos poder describir una amplia gama de proteínas y ácidos nucleicos que se someten a separación de fases, como el ARN. Por lo tanto, necesitamos mejorar nuestros métodos para describir sistemas más complejos. Es necesario ampliar y ampliar ,» él dijo.
