Biomineralization in Artificial Microcompartments

Descripción del proyecto

Las gotitas celulares sin membrana revolucionarán la biofabricación

Aunque los seres vivos suelen producir minerales dentro de pequeñas bolsas similares a una membrana en el interior de sus células, también pueden cultivarlos en gotitas especiales que carecen de membrana circundante, lo que abre nuevas vías para crear biomateriales. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto BAM se propone investigar el papel regulador de los orgánulos sin membrana en la biomineralización, un proceso que tradicionalmente se ha asociado a los compartimentos delimitados por membranas. Mediante el uso de orgánulos artificiales sin membrana, construidos a partir de péptidos biogénicos que se unen a los metales pesados, se arrojará luz sobre los mecanismos que rigen la formación de los sulfuros metálicos. Con la integración de métodos microfluídicos de alto rendimiento, en el proyecto se determinará cómo estas fases condensadas afectan a la estructura mineral y a las propiedades de los materiales. En última instancia, esto ampliará las fronteras de la biología sintética y la química bioinspirada, lo que creará herramientas para la producción controlada de biominerales, similar a la que tiene lugar en el interior de las células.

Objetivo

Biomineralization typically occurs within membrane-bound intracellular sub-compartments, where phospholipid membranes and embedded proteins play essential roles in regulating the process. Lately, membraneless organelles have emerged as potential platforms for biomineral production. Despite their recognized importance in both cell and synthetic biology, only a few studies have examined how membraneless organelles influence biomineral formation and the resulting material properties.

In this context, our preliminary results demonstrate that metal sulfide minerals can form within artificial membraneless organelles (AMOs). This finding provides the conceptual foundation for the BAM project, which aims to elucidate the mechanisms of metal sulfide biomineralization within AMOs.

Specifically, BAM will:
1. Define how membraneless organelles regulate biomineralization in vitro.
2. Use membraneless organelles to control the structure and properties of biominerals.
3. Establish high-throughput and controlled methods for biomineral formation adapted for potential applications.

These objectives will test the hypothesis that membraneless organelles can support intracellular biomineralization through mechanisms distinct from those in membrane-bound organelles. To achieve this, we will employ biogenic heavy metal–binding peptides and proteins—molecules already known to be involved in biomineralization—to construct artificial organelles.

Our interdisciplinary approach will enable the rational design and control of minimal systems based on AMOs. The BAM project will therefore deliver a unique, multidisciplinary investigation that expands the frontiers of biomineralization and synthetic biology. Ultimately, it will establish novel methods and tools for the scientific community, while also creating opportunities to develop innovative inorganic synthesis strategies at the interface of inorganic and physical chemistry, biology, and microfluidic engineering.