Células artificiais com fotossíntese abrem múltiplos caminhos

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Uma membrana (borda externa vermelha) encapsula a actina (linhas brancas), os blocos de construção do citoesqueleto e dos tecidos. A actina foi polimerizada acoplando a síntese de ATP com organelas artificiais (pontos verdes) no interior da membrana. [Imagem: Disease Biophysics Group/Harvard University]

Biologia sintética

Fabricar células artificiais é uma meta de longa data da biologia sintética porque mesclar o artificial com o biológico tem um potencial tecnológico difícil de dimensionar.

Novas ferramentas médicas, robôs, próteses sensíveis e inteligentes, conexão direta entre o corpo e dispositivos computacionais, química verde, novas ferramentas de biotecnologia e novos métodos de produção de biocombustíveis podem ser citados, apenas para não deixar as possibilidades e opções totalmente em aberto.

E um passo importante no longo caminho que há pela frente para se alcançar tudo isto foi dado agora por uma equipe das universidades de Harvard (EUA) e Sogang (Coreia do Sul).

Keel Yong Lee e seus colegas criaram uma estrutura artificial que não apenas é similar a uma célula biológica, como também possui seu próprio sistema de fotossíntese para alimentar suas reações metabólicas, incluindo a colheita de energia, a fixação de carbono e a formação do seu próprio citoesqueleto.

"Nós ativamos a atividade metabólica com luz, construímos uma rede de proteínas sob demanda em uma célula viva e empacotamos todos os componentes necessários para fazer isso em uma célula," resumiu o professor Kevin Parker.

"Os mecanismos que demonstramos devem ser o primeiro passo no desenvolvimento de múltiplas redes regulatórias para células artificiais capazes de apresentar homeostase e comportamentos celulares complexos," complementou seu colega Kwanwoo Shin.

O controle da produção da actina é feito alterando a cor da luz que ilumina a célula artificial. [Imagem: Video courtesy of the Disease Biophysics Group/Harvard University]

Células artificiais com fotossíntese

Para construir as células sintéticas, os pesquisadores projetaram uma organela capaz de realizar fotossíntese partindo de componentes dos reinos vegetal e animal.

"Nossa ideia foi simples. Nós escolhemos duas proteínas fotoconversoras - uma de plantas, a outra de bactérias - que podem gerar um gradiente através da membrana celular para desencadear reações," descreveu Lee.

As proteínas foram incorporadas em uma membrana lipídica simples, juntamente com enzimas que geram trifosfato de adenosina (ATP), a energia essencial das células.

Os fotoconversores são sensíveis a diferentes comprimentos de onda da luz: um ao vermelho e o outro ao verde. 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 controlar muitas reações dentro da célula, incluindo a polimerização da actina, um elemento essencial da constituição das células e tecidos.

Essa possibilidade de produzir actina sob demanda e de forma ajustável permite controlar o formato das membranas celulares e pode ajudar a projetar células artificiais móveis.

Próteses celulares

Esta abordagem de baixo para cima para construir células sintéticas poderá ser usada para construir outras organelas artificiais, como o retículo endoplasmático ou um sistema semelhante ao núcleo, e pode ser o primeiro passo em direção a sistemas artificiais semelhantes a células que possam imitar os comportamentos complexos das células biológicas.

"Da medicina da fertilidade até feridas traumáticas e outras doenças mais exóticas, agora temos uma compreensão básica das ferramentas e requisitos para controlar o que acontece em uma célula. A ideia de próteses celulares está cada vez mais próxima com esse resultado," disse Parker.

Bibliografia:

Photosynthetic artificial organelles sustain and control ATP-dependent reactions in a protocellular system
Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Keon Ah Lee, Se-Hwan Kim, Heeyeon Kim, Yasmine Meroz, L Mahadevan, Kwang-Hwan Jung, Tae Kyu Ahn, Kevin Kit Parker, Kwanwoo Shin
Nature Biotechnology
DOI: 10.1038/nbt.4140