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Nanotecnologia

Interruptor dentro de célula eletrifica a vida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/12/2018

Interruptor em uma célula eletrifica a vida
As aplicações incluem sensores vivos, síntese química de produtos e pílulas ativas que liberam drogas somente quando necessário.
[Imagem: Joshua Atkinson/Rice University]

Interruptor biológico

A biologia sintética deu mais um passo rumo à "eletrificação da vida" e à computação de base biológica.

Joshua Atkinson, juntamente com uma equipe da Universidade Rice, nos EUA, usou proteínas sintéticas para construir interruptores capazes de ligar e desligar o fluxo de elétrons dentro de células bacterianas vivas, controlando dessa forma se as bactérias se desenvolvem ou não.

Rumo à biocomputação, tem havido uma série de progressos na inserção no metabolismo das células de funções que fazem as vezes de componentes eletrônicos, como resistores e capacitores, mas ninguém até agora havia conseguido criar um interruptor. Além de ligar e desligar células e suas funções, essas chaves simples poderão se tornar a base de transistores biológicos.

"Isso não é uma metáfora para um interruptor, é um interruptor elétrico literal construído a partir de uma proteína," reforçou o professor Jonathan Silberg, coordenador da equipe.

Proteínas metálicas

A natureza tipicamente controla o fluxo de elétrons usando mecanismos genéticos para controlar a produção de "fios" feitos de proteínas.

Atkinson imitou esse processo - para fazê-lo de forma controlada e sob demanda - usando uma metaloproteína, assim chamada pelo seu conteúdo de ferro. Chamada ferredoxina, é uma proteína comum de ferro-enxofre que medeia a transferência de elétrons em todos os domínios da vida.

Para ligar e desligar a proteína pode ser usada uma substância chamada 4-hidroxitamoxifeno, um modulador do receptor do hormônio estrogênio, usado para combater câncer de mama e outros, ou bisfenol A (BPA), um produto químico sintético usado em plásticos.

Interruptor em uma célula eletrifica a vida
Os processadores químicos estão igualmente abrindo múltiplos caminhos usando células artificiais.
[Imagem: Ella Maru Studio/Cody Geary]

O mecanismo mostrou ser muito rápido, com o interruptor funcionando em uma escala de tempo de segundos quando embutido em bactérias E. coli.

A bactéria E. coli usada é uma cepa mutante programada para crescer somente em meio sulfato quando todos os componentes da cadeia de transporte de elétrons de ferredoxina estão presentes. Dessa forma, as bactérias só crescem se os interruptores estiverem ligados e transferindo os elétrons como planejado.

Bioeletrônica

Os interruptores de proteína deverão facilitar a criação dos primeiros protótipos de dispositivos bioeletrônicos, incluindo circuitos biológicos completos dentro das células que imitem seus equivalentes eletrônicos.

As possíveis aplicações incluem sensores vivos, vias metabólicas controladas eletronicamente para síntese química e pílulas ativas que detectam seu ambiente e liberam drogas somente quando necessário.

Olhando ainda mais para o futuro, o professor Silberg sugere que uma série de interruptores poderá transformar uma célula em um processador biológico: "Então, poderemos ver o processamento paralelo digital na célula. Isso muda a maneira como olhamos para a biologia."

Bibliografia:

Artigo: Metalloprotein switches that display chemical-dependent electron transfer in cells
Autores: Joshua T. Atkinson, Ian J. Campbell, Emily E. Thomas, Sheila C. Bonitatibus, Sean J. Elliott, George N. Bennett, Jonathan J. Silberg
Revista: Nature Chemical Biology
DOI: 10.1038/s41589-018-0192-3






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