Proyecto en curso · Biología sintética
BioBrick
Diseñamos una proteína que engancha la beta-amiloide, la molécula que se acumula en el cerebro de quien tiene alzhéimer.
- el peso de la proteína que construimos
- 21,2 kDa
- los aminoácidos de cada una de las dos mitades
- 98
- los caminos posibles: la decisión la toma un experimento
- 2
- equipos en competición en iGEM, en 2025
- 412
Para quien viene de biología, biotecnología, bioinformática, química, medicina
El problema
En el alzhéimer, una proteína llamada beta-amiloide se acumula en el cerebro y se pega a sí misma: primero pequeños grumos, después placas.
Los fármacos aprobados son anticuerpos que se adhieren a la amiloide y hacen que se la lleven. Funcionan, y el beneficio es real, pero pagan dos precios.
| Cuánto | Qué significa | |
|---|---|---|
| Llegan poco | menos del 1% | la proporción de fármaco que desde la sangre llega al cerebro, estimada en varios estudios |
| ARIA | 12,6% frente a 1,7% | hinchazones y microhemorragias en el estudio del lecanemab, frente a quienes recibían el placebo |
Cómo lo decimos. El ARIA no depende solo de la parte del anticuerpo que llama a las defensas inmunitarias: también influyen el estado de los vasos del cerebro y el perfil genético de quien recibe el fármaco. Quitar esa parte reduce una parte del riesgo, no lo elimina. Escribimos «con activación inmunitaria reducida», nunca «no inflamatorio».
La idea
Existe una manera distinta de quitar de en medio una molécula: una LYTAC. Es una molécula con dos extremos. Uno agarra la diana fuera de la célula, el otro se engancha a un receptor en la superficie. La célula tira de todo hacia dentro y lo manda al lisosoma, donde se desmonta. El método viene del grupo de Carolyn Bertozzi.
Las LYTAC publicadas hasta ahora usan dos receptores: uno que clasifica las proteínas dentro de la célula y uno del hígado. Para agarrar la diana usan un anticuerpo.
Nosotros cambiamos las dos piezas. En lugar del receptor usamos LRP1, que está en las células de los vasos del cerebro. En lugar del anticuerpo usamos un dominio Z: una proteína pequeña, sin la parte que llama a las defensas inmunitarias.
Ninguna LYTAC publicada usa LRP1. Ahí es donde el proyecto se juega la candidatura.
Qué construimos
Una sola proteína, hecha de piezas en fila, producida por una bacteria. El gen que la codifica es una unidad de transcripción como tantas otras: un promotor que decide cuándo encenderla, el gen, un terminador que detiene la lectura.
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His
cadena → ────────────────────────────────────────────→
│
S─S el puente entre las dos cisteínas 28
│
cadena → ────────────────────────────────────────────→
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His| Módulo | Aminoácidos | Qué hace |
|---|---|---|
| PelB | 22 | lleva la proteína al periplasma, el espacio entre las dos membranas de la bacteria |
| Z(Aβ3) | 58 | se une a la beta-amiloide y la mantiene plegada en horquilla |
| (GGGGS)×3 | 15 | mantiene separadas las dos piezas, así no se estorban |
| Angiopep-2 | 19 | se engancha a LRP1 |
| 6×His | 6 | sirve para purificar la proteína y para reconocerla |
La bacteria que la produce es Escherichia coli BL21(DE3), una cepa de laboratorio no patógena. Está en la lista blanca de iGEM y se trabaja en el primer nivel de bioseguridad, el más bajo.
La cisteína que lo decide todo
El dominio Z solo no se une a nada. La forma que funciona es una pareja: dos copias iguales, unidas por un puente entre dos átomos de azufre, en la posición 28 de ambas.
El puente no sirve solo para mantenerlas unidas. Sin él, el bolsillo donde termina la amiloide no existe: las dos copias lo forman a medias cada una.
El puente se forma solo, y esa es la ventaja del diseño. La señal PelB lleva la proteína al periplasma, que es un ambiente oxidante, y allí dos enzimas de la bacteria sueldan el azufre durante el paso. Ningún paso más en la purificación.
Hay una consecuencia. Si la proteína es una pareja, lleva dos Angiopep-2 en lugar de uno: se engancha a LRP1 con dos manos. Nadie ha medido un agarre así, en una proteína de este tamaño. Así que no lo damos por hecho.
Un aminoácido, una temporada. En una versión anterior nuestra, en la posición 28 había una treonina en lugar de la cisteína. Una sola letra, y la proteína no habría unido nada. Antes de pedir el ADN, la secuencia se compara letra por letra con la estructura depositada y con el artículo original.
El experimento que decide
LRP1 no es un incinerador. Tira hacia dentro lo que se une a él, y solo después decide: lo manda al lisosoma, lo recicla, o lo lleva al otro lado de la célula. Lo que decide es cuán fuerte es el agarre.
El primer experimento mide justamente eso. Ponemos la proteína sobre células de los vasos cerebrales humanos y la comparamos con una versión idéntica pero sin Angiopep-2. Después miramos, hora por hora, cuánta acaba en los lisosomas.
Es la única medida del proyecto que demuestra algo que nadie ha publicado. Y es el experimento que elige el camino.
- 01
Estrategia A
Si a los lisosomas llega poca, el resultado es compatible con el paso a través de la barrera. No lo demuestra: la prueba es el modelo de barrera en probeta, y es el paso siguiente.
- 02
Estrategia B
Si llega mucha, el resultado es compatible con la vía del lisosoma. Entonces la proteína puede trabajar en la sangre, donde engancha la amiloide fuera del cerebro sin atravesar nada.
En los dos casos el trabajo sobre el dominio que se une no cambia: clonaje, expresión, purificación y ensayo de tioflavina T son idénticos. Por eso se puede empezar sin haber elegido, y la elección se convierte en un resultado del proyecto en lugar de una premisa.
Qué demostramos y qué no
Esta distinción vale para todo lo que decimos del proyecto, aquí y en cualquier otro lugar.
| Se produce | que la proteína se fabrica en E. coli y se purifica en forma de pareja | |
|---|---|---|
| Se une | que engancha la beta-amiloide y frena su agregación, en proporción a la dosis | |
| Protege las células | que reduce la toxicidad de la amiloide en células en cultivo | |
| Las dos piezas conviven | que Angiopep-2 no impide que el dominio Z se una |
| No es una cura | ninguna eficacia contra el alzhéimer en una persona | |
|---|---|---|
| No atraviesa | ningún paso de la barrera del cerebro en un organismo vivo | |
| No destruye | ninguna degradación de la amiloide por parte de la propia proteína | |
| No es un fármaco | ningún perfil utilizable en el ser humano |
Hay además un límite que declaramos nosotros primero. La proteína pesa 21,2 kDa. El riñón filtra lo que está por debajo de los 60-70 kDa, y aquí falta también la parte que en los anticuerpos alarga la vida en la sangre. En la sangre duraría minutos.
Para iGEM no es un problema: el proyecto demuestra un mecanismo, no propone un fármaco, y la duración en la sangre no entra en ninguno de los ensayos previstos. Pero hay que decirlo, por dos motivos. Quien entiende del tema lo pregunta primero, y haberlo anticipado vale más que responder sobre la marcha. Y es el camino natural para seguir adelante: añadir una pieza que se una a la albúmina, o bien combinar varias copias.
Seis fases, y los controles que las hacen legibles
Un ensayo sin controles no da un dato débil: da un dato que no se puede usar. Para cada fase hay un control sin el cual el resultado no se puede leer, y es lo primero que preguntan los jueces.
- 1Clonaje y expresión. La muestra antes y después de encender el gen, en el mismo gel.
- 2Extracción y purificación. Un paso de desalado antes de la columna de níquel: la sustancia que sirve para abrir la bacteria se lleva el níquel, y la columna se tira.
- 3Ensayo de tioflavina T. Seis controles, entre ellos el dominio Z sin modificar. Después las confirmaciones al microscopio y la prueba de toxicidad en las células.
- 4Captación, el experimento clave. La comparación con la versión sin Angiopep-2, la competición con otra molécula, la incubación a 4 grados.
- 5Barrera en probeta. La medida de la estanqueidad y un trazador: sin él, «ha pasado» y «la barrera perdía» son el mismo dato.
- 6Dry lab. Modelos que parten de la estructura ya depositada. Las métricas de AlphaFold dicen cuán fiable es el modelo, no cuánto se une la proteína.
Una curva plana no basta. Si en el ensayo de tioflavina T la fluorescencia no sube, las explicaciones son cuatro y tres son errores de medida: la amiloide se ha agregado de una forma que el colorante no ve, la proteína apaga la señal, o la amiloide se ha pegado al plástico del pocillo. Hay que mirar las muestras al microscopio y probar la toxicidad en las células.
iGEM
iGEM es la competición internacional de biología sintética. Nació como un curso en el MIT en 2003; la primera competición, en 2004, tuvo cinco equipos. Desde 2022 la final, el Grand Jamboree, se celebra en París.
Los números del gráfico
| Año | Equipos |
|---|---|
| 2023 (44 países) | 393 equipos |
| 2024 (41 países) | 397 equipos |
| 2025 (44 países) | 412 equipos |
Desde 2026 el oro ya no se vota directamente: se obtiene a través de tres premios especiales que el equipo elige al principio. Los jueces les dan una puntuación, y el oro llega en consecuencia. La elección hay que hacerla en marzo, porque decide qué se mide durante toda la temporada.
Una temporada cuesta. Aquí abajo está el presupuesto del equipo, con la inscripción pagada pronto: esperar cuesta 2.200 € más, casi exactamente lo mismo que los ensayos en las células.
Los números del gráfico
| Concepto | Costo |
|---|---|
| Inscripción y billetes (cuotas de iGEM) | 12.950 € |
| Viaje a París (10 personas, 5 días) | 6.650 € |
| Laboratorio (reactivos y material) | 3.920 € |
| Ensayos en las células | 3.000 € |
| Imprevistos (15%) | 2.290 € |
| Confirmaciones y envíos | 1.250 € |
| Material de banco | 450 € |
En qué punto estamos
- Abril de 2026Presentamos el proyecto en Palazzo della Borsa, ante universidades, empresas e instituciones.
- Agosto de 2026Elegimos en qué trabajar para iGEM 2027 y escribimos el plan: la proteína que vamos a construir, las seis fases de laboratorio con sus controles y el presupuesto.
- HoyComprobamos la secuencia contra las estructuras publicadas. El ADN se pide solo después.
- 2027Apuntamos a iGEM, la competición internacional de biología sintética: la final, desde 2022, se celebra en París.
Fotos
Personas del proyecto
Fuentes
- Grönwall y colaboradores, Journal of Biotechnology, 2007: el dominio Z que se une a la beta-amiloide.
- Hoyer y colaboradores, PNAS, 2008, y la estructura PDB 2OTK: la horquilla y el bolsillo entre las dos copias.
- Hoyer y Härd, Journal of Molecular Biology, 2008: el puente entre las cisteínas 28 y la secuencia.
- Banik y colaboradores, Nature, 2020; Ahn y colaboradores, Nature Chemical Biology, 2021: las primeras LYTAC.
- Tian y colaboradores, Science Advances, 2020: cómo el agarre decide el camino dentro de la célula.
- Demeule y colaboradores, Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2008: Angiopep-2.
- Storck y colaboradores, Journal of Clinical Investigation, 2016: LRP1 y la amiloide.
- van Dyck y colaboradores, New England Journal of Medicine, 2023: el estudio CLARITY AD.
- iGEM: reglamento, medallas, cuotas y plazos, competition.igem.org.
- Documento de proyecto y documento técnico y económico del equipo, versión 5, agosto de 2026.
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