Control óptico de la expresión génica en sistemas biológicos mediante nanopartículas de oro: Expresión génica fototérmica en Escherichia coli y silenciamiento génico en Chlamydomonas reinhardtii - Alishah Aratboni, Hossein (2020)
Las nanopartículas de oro pueden ser encontrados de diferentes formas, tamaños y que determinan sus características químicas y físicas. Las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas metálicas pueden ser moduladas al cambiar su forma, tamaño y la química de su superficie. Por lo tanto, esto ha permitido su uso en una gran variedad de aplicaciones en los sectores industriales y académicos. Una de las características de las nanopartículas metálicas es su habilidad para actuar como convertidos de energía optotérmicos. Esta característica ha sido utilizada en muchas aplicaciones donde las nanopartículas son acopladas con sistemas de respuesta térmica para generar una respuesta óptica. En este estudio, nosotros sintetizamos nanopartículas metálicas que son mayormente esféricas en su forma con un promedio de diámetro de 20.07 nm. En este estudio, nosotrosutilizamos dos fuentes de luz: LED y láser. Diferentes enfoques estadísticos fueron utilizados para medir la potencia y capacidad funcional de la luz láser y LED así como identificar a la variable más necesaria para incrementar la temperatura en una solución de nanopartículas de oro. En este trabajo se realizaron simultáneamente técnicas teóricas y experimentales para evaluar los diferentes factores que afectan la generación de calor en la superficie de nanopartículas cuando son expuestas a una longitud de onda específica por la luz láser y LED. Respecto al láser, los resultados mostraron que los factores que más contribuyeron al cambio de temperatura exhibido en la solución de nanopartículas resultaron ser el poder del láser, la concentración de las nanopartículas de oro, la interacción tiempo × láser y el tiempo de iluminación. Nosotros reportamos un modelo de regresión que permite predecir la generación de calor y cambios de temperatura con errores estándares residuales en menos de 4%. Los resultados son altamente relevantes para diseños futuros y en el desarrollo de aplicaciones donde las aplicaciones de nanopartículas sean incorporadas en los sistemas para inducir un cambio en la temperatura a partir de la exposición de con luz. Respecto al LED, nosotros analizamos estadísticamente la temperatura producida en la superficie de las nanopartículas de oro cuando utilizando LED como fuente de luz. Los resultados mostrados que los efectores principales y las interacciones de todos los factores fueron significativos. Finalmente, basados en el modelo de regresión presentado, los coeficientes de regresión y los resultados de ANOVA nos permiten presentan un poderoso modelo de regresión que muestra las relaciones entre la temperatura de cambio y sus variables. Nosotros simulamos el cambio de generación de nuestras nanopartículas de oro cuando la solución con nanopartículas de oro era iluminada con una fuente de luz LED. Nosotros demostramos que el máximo incremento de temperatura en la solución de nanopartículas (resultados de simulación) cotejaron excelentemente con nuestras observaciones (resultados prácticos). Para evaluar nuestra aplicación fototérmica obtenida a partir de nanopartículas de oro en un sistema biológico en células, evaluamos su factibilidad en la producción de proteína con enfoque fototérmico por primera vez. Para lograr este objetivo, utilizamos luz LED en vez de un dispositivo láser al considerarse como un método nuevo, barato, inofensivo y conmutable para sistemas biológicos vivos. Después de sintetizar las nanopartículas de oro y obtener su perfil de temperatura, nosotros diseñamos un gen sintético, donde el sitio de unión a ribosoma pudiera ser activo y trabajar eficientemente a 37°C. Basado en el modelo de regresión lineal y en análisis de respuesta de superficie de curva, nosotros encontramos el cómo proveer la temperatura necesaria. De esta manera, nosotros mostramos el uso de nanopartículas metálicas y LED como fuente de luz pueden trabajar eficientemente en una estructura tipo stem – loop que contiene un sitio a unión a ribosoma y consecuentemente una alta producción de mCherry es logrado. Además, para mostrar su factibilidad en la desbridamiento de dsDNA unido a nanopartículas metálicas a partir de LED como fuente de luz, nosotros elaboramos conmutadores (nanopartículas de oro acoplados con dsDNA) y finalmente fueron caracterizados. Entonces, nosotros mostramos la factibilidad del desbridamiento del dsDNA unido a nanopartículas de oro (prueba in vitro) utilizando LED como fuente de luz bajo diferentes longitudes de onda. La prueba demostró ser exitosa y se mostró la probabilidad de que el calor generado fototérmica pueda ser utilizado para el silenciamiento de genes por antisentido en células de microalgas vivas.