Em um avanço que poderia levar a uma nova classe de materiais com funções encontradas apenas em sistemas vivos, cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, descobriram uma maneira de manter certas proteínas ativas fora da célula. Os pesquisadores usaram essa tecnologia para criar esteiras que podem absorver e reter a poluição química.

Apesar de anos de esforço para estabilizar proteínas fora de seus ambientes nativos, os cientistas fizeram progressos limitados na combinação de proteínas com componentes sintéticos sem comprometer a atividade da proteína. O novo estudo mostra um caminho para explorar o poder das proteínas fora da célula, demonstrando uma maneira única de manter as proteínas ativas em ambientes sintéticos. Os materiais apresentados no estudo podem permitir reações bioquímicas sob demanda onde antes não eram viáveis.

"Achamos que deciframos o código para fazer a interface entre sistemas naturais e sintéticos, "disse o autor do estudo, Ting Xu, um professor de Berkeley no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e no Departamento de Química, cujo laboratório conduziu o trabalho.

O estudo será publicado na edição de 16 de março da revista. Ciência . A pesquisa foi financiada por doações do Departamento de Defesa dos EUA. Os colaboradores da Northwestern University foram apoiados pelo Departamento de Energia e pela Fundação Sherman Fairchild. Colaboradores da Universidade de Lyon e do Laboratório da Força Aérea receberam apoio do programa Fulbright e do instituto Miller.

O problema com as proteínas é que elas são enjoadas. Remova-os de seus ambientes nativos e eles provavelmente se desintegrarão. Para funcionar corretamente, as proteínas devem se dobrar em uma estrutura específica, frequentemente com a ajuda de outras proteínas. Para superar este desafio, O laboratório de Xu analisou tendências em sequências e superfícies de proteínas para ver se eles poderiam desenvolver um polímero sintético que fornecesse todas as coisas que uma proteína precisaria para manter sua estrutura e função.

"As proteínas têm um padrão estatístico muito bem definido, então, se você pode imitar esse padrão, então você pode casar com os sistemas sintético e natural, o que nos permite fazer esses materiais, "Xu disse.

O laboratório de Xu criou heteropolímeros aleatórios, que eles chamam de RHPs. RHPs são compostos por quatro tipos de subunidades de monômero, cada um com propriedades químicas projetadas para interagir com manchas químicas na superfície das proteínas de interesse. Os monômeros são conectados para imitar uma proteína natural para maximizar a flexibilidade de suas interações com as superfícies da proteína. As RHPs agem como proteínas não estruturadas, comumente visto dentro das células. Eles aumentaram o enovelamento da proteína da membrana na água durante a tradução da proteína e preservaram a atividade da proteína solúvel em água em solventes orgânicos.

Os pesquisadores da Northwestern University executaram simulações moleculares extensas para mostrar que o RHP interagiria favoravelmente com superfícies de proteínas, envolver em torno de superfícies de proteína em solventes orgânicos e fracamente em água, levando ao correto dobramento e estabilidade da proteína em um ambiente não nativo.

Os pesquisadores então testaram se eles podem usar um RHP para criar materiais à base de proteínas para biorremediação de produtos químicos tóxicos, para o qual foram financiados pelo Departamento de Defesa. Os pesquisadores misturaram RHP com uma proteína chamada organofosforado hidrolase (OPH), que degrada os organofosforados tóxicos encontrados em inseticidas e agentes de guerra química.

Os pesquisadores usaram a combinação RHP / OPH para fazer esteiras de fibra, submergiu as esteiras em um inseticida conhecido e descobriu que as esteiras degradavam uma quantidade de inseticida que pesava aproximadamente um décimo do total da esteira de fibra em apenas alguns minutos. Isso abre a porta para a criação de esteiras maiores que podem absorver produtos químicos tóxicos em lugares como zonas de guerra.

"Nosso estudo indicou que a abordagem deve ser aplicável a outras enzimas, "Xu disse." Isso pode tornar possível ter um laboratório de química portátil em diferentes materiais. "