Diseño e implementación de un sistema sintético de comunicación celular en Saccharomyces cerevisiae basado en histidina kinasas

Abstract

El desarrollo de comunidades microbianas sintéticas es uno de los retos actuales dentro del campo de la biología sintética. El objetivo es diseñar de forma racional poblaciones microbianas que resuelvan, de forma cooperativa, problemas humanos o medioambientales. Para implementar comportamientos coordinados en estas poblaciones sintéticas, es necesario contar con sistemas de comunicación celular ortogonales y bien caracterizados. En trabajos previos, se han desarrollado receptores celulares artificiales basados en arquitecturas que ya existen en la naturaleza. Los sistemas de dos componentes son sistemas de transducción de señal altamente conservados y muy bien caracterizados, que se han utilizado previamente con este propósito en diferentes organismos huésped. En este trabajo intentamos implementar un sistema artificial de comunicación celular en Saccharomyces cerevisiae. Para ello, la histidina kinasa nativa Sln1 de levadura se modificó a dos niveles: a nivel de input, para hacerla sensible a un péptido sintético secretado por una cepa emisora, y a nivel de output, para desviar su señalización hacia una ruta ortogonal de origen bacteriano. No se obtuvo respuesta a través del mecanismo de activación que se había propuesto inicialmente, pero sí se obtuvieron niveles altos de señal al co-cultivar la cepa receptora con con células de S. cerevisiae BY4741 sin transformar. Experimentos posteriores sugieren que la activación está disparada por contacto directo entre células de ambas cepas, y posiblemente está mediada por proteínas de adhesión celular y señalización de estrés de pared. Proponemos un modelo que explica este comportamiento, donde la señalizaión nativa de Sln1 es desviada a una ruta paralela a través de nuestro sistema sintético. Estos resultados abren la puerta al desarrollo de un sensor de contacto celular, artificial y específico de cepa, que se podría usar para implementar comportamientos coordinados y espacialmente estructurados en sistemas sintéticos multicelulares.