Células artificiais ganham “motor” para fotosíntese

Nova organela sintética combina componentes vegetais e animais para produzir energia para célula artificial

A membrana (limite externo em vermelho) encapsula a actina, que são os “blocos de construção” da proteína do citoesqueleto e dos tecidos (linhas brancas). A actina foi polimerizada pelo acoplamento da síntese de ATP com organelas artificiais (pontos verdes) no interior da membrana.

A busca pela criação de células artificiais segue dois caminhos: o primeiro visa recriar o software genômico de uma célula viva. O segundo mira no hardware celular, construindo, a partir do zero, estruturas simples semelhantes às células e que imitam suas funções. Um dos maiores desafios nessa segunda abordagem é imitar as complexas reações químicas e biológicas necessárias para que as células desempenhem comportamentos complexos.

Uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade de Harvard e da Universidade Sogang, em Seul, projetou uma estrutura celular que se utiliza da fotossíntese para realizar reações metabólicas, incluindo coleta de energia, fixação de carbono e formação de citoesqueleto.

A pesquisa foi publicada na revista Nature Biotechnology.

"Esta pesquisa, parte de uma rica colaboração entre a Universidade de Harvard e a de Sogang, e mostra diferentes funções que podem ser concebidas a nível celular", disse Kit Parker, professor de bioengenharia e física aplicada da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson em Harvard e um dos cientistas do projeto. "Ativamos a atividade metabólica a partir da luz, construímos uma rede de proteínas sob demanda em uma célula viva e juntamos todos os componentes necessários para realizar a fotossíntese dentro de uma célula."

"Os mecanismos que acabamos de demonstrar devem ser o primeiro passo no desenvolvimento de múltiplas redes regulatórias para células artificiais que podem exibir homeostase e comportamentos celulares complexos", disse Kwanwoo Shin, diretor do Instituto de Interfaces Biológicas e professor do Departamento de Química da Universidade de Sogang, e um dos cientistas do projeto.

Para construir este sistema sintético, os pesquisadores desenvolveram uma organela fotossintética a partir de componentes do mundo vegetal e animal.

"Nossa idéia era simples", disse Keel Yong Lee, pós-doutorado do SEAS e um dos autores da pesquisa. "Nós escolhemos dois fotoconversores de proteína - um extraído de plantas, e o outro de bactérias - que podem gerar um gradiente pela membrana celular para desencadear reações". 

Os fotoconversores são sensíveis a diferentes comprimentos de onda da luz como o vermelho e o verde. As proteínas foram incorporadas a uma membrana lipídica simples, juntamente com enzimas que geram trifosfato de adenosina (ATP), a energia essencial das células. Quando a membrana é iluminada com luz vermelha, ocorre uma reação química fotossintética, produzindo ATP. Quando a membrana é iluminada com luz verde, a produção é interrompida. A capacidade de ativar e desativar a produção de energia permite que os pesquisadores controlem múltiplas reações dentro da célula, incluindo a polimerização da actina, os blocos de construção das células e tecidos.

Pesquisas anteriores no campo utilizaram essas proteínas para criar ATP, porém, só conseguiam gerar um de cada vez", disse Sung-Jin Park, pesquisador associado da SEAS e Wyss e um dos autores do artigo. "Combinamos o melhor do mundo das plantas com o dos animais, permitindo-nos sintonizar e regular a produção de energia da célula. Estamos projetando essas células de baixo para cima, começando com as proteínas individuais".

Ao conseguirem administrar e ajustar a produção de actina, os pesquisadores conseguem controlar o formato das membranas celulares e com isso tem uma maneira de projetar células móveis. Esta abordagem de baixo para cima poderia ser usada para construir outras organelas artificiais, como o retículo endoplasmático ou um sistema semelhante ao núcleo. Esse pode ser o primeiro passo em direção a sistemas artificiais semelhantes às células que podem imitar os comportamentos complexos das células biológicas. 

"A introdução de redes de proteínas funcionais e organelas em um ambiente celular artificial abrirá caminho para alcançar o grande objetivo de construir uma célula a partir do zero", disse Shin.

"Essa técnica pode futuramente ajudar desde a medicina reprodutiva até o tratamento de ferimentos ou de outras doenças mais exóticas. Agora, temos uma compreensão básica das ferramentas e requisitos para controlar o que acontece em uma célula. A ideia de prótese celular está cada vez mais próxima", disse Parker.

Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard.

FONTE: https://www2.uol.com.br/sciam/noticias/celulas_artificiais_ganham_-motor-_para_fotosintese.html

Enviado pelo doutorando Vanir Reis (Biotecnologia de Recursos Naturais - UFC)

Postado por Cláudio H. Dahne (Ciências Biológicas - UFC)