A natureza desenvolveu substâncias baseadas em proteínas com propriedades mecânicas que rivalizam até com os melhores materiais sintéticos. Por exemplo, libra por libra, a seda da aranha é mais forte e mais resistente do que o aço. Mas ao contrário do aço, a fibra natural não pode ser produzida em massa. Hoje, os cientistas relatam um novo método que tira proveito de bactérias modificadas para produzir seda de aranha e outras proteínas difíceis de fazer que podem ser úteis em futuras missões espaciais.

Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje no Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS) na primavera de 2019.

"Na natureza, há muitos materiais à base de proteínas que têm propriedades mecânicas incríveis, mas o fornecimento desses materiais é muitas vezes limitado, "diz Fuzhong Zhang, Ph.D., investigador principal do projeto. "Meu laboratório está interessado em criar micróbios para que possamos não apenas produzir esses materiais, mas torná-los ainda melhores. "

Se produzido em quantidades suficientes, seda de aranha pode ser usada para uma variedade de aplicações, variando de tecido à prova de bala a suturas cirúrgicas. Mas a seda da aranha não é fácil de cultivar - as aranhas produzem pequenas quantidades, e algumas espécies tornam-se canibais quando mantidas em grupos. Portanto, cientistas tentaram engenharia de bactérias, fermento, plantas e até cabras para produzir seda de aranha, mas eles ainda não foram capazes de replicar totalmente as propriedades mecânicas da fibra natural.

Parte do problema é que as proteínas da seda da aranha são codificadas por muito longos, sequências altamente repetitivas de DNA. As aranhas desenvolveram maneiras de manter essas sequências em seu genoma. Mas quando os cientistas colocam esse tipo de DNA em outros organismos, os genes são muito instáveis, frequentemente sendo cortado ou alterado de outra forma pelo maquinário celular do hospedeiro. Zhang e colegas da Universidade de Washington em St. Louis se perguntaram se conseguiriam interromper o longo sequências repetitivas em blocos mais curtos que as bactérias poderiam manipular e transformar em proteínas. Então, os pesquisadores puderam reunir as proteínas mais curtas na fibra de seda de aranha mais longa.

A equipe introduziu genes para bactérias que codificam duas partes da proteína da seda da aranha, cada um flanqueado por uma sequência chamada intein dividido. As inteínas divididas são sequências de proteínas de ocorrência natural com atividade enzimática:duas inteínas divididas em fragmentos de proteínas diferentes podem se juntar e se separar para produzir uma proteína intacta. Depois de introduzir os genes, os pesquisadores abriram a bactéria e purificaram os pedaços curtos da proteína da seda da aranha. A mistura dos fragmentos fez com que eles se unissem por meio da "cola" da sequência dividida do intein, que então se separou para produzir a proteína inteira. Quando fiado em fibras, a seda de aranha produzida microbianamente tinha todas as propriedades da seda de aranha natural, incluindo força excepcional, tenacidade e elasticidade. Os pesquisadores obtiveram mais seda com este método do que conseguiram de aranhas (até dois gramas de seda por litro de cultura bacteriana), e atualmente estão tentando aumentar o rendimento ainda mais.

Os pesquisadores podem fazer várias proteínas repetitivas simplesmente trocando o DNA da seda da aranha e colocando outras sequências nas bactérias. Por exemplo, os pesquisadores usaram a técnica para fazer uma proteína de mexilhões que adere fortemente às superfícies. A proteína poderia algum dia ser aplicada como um adesivo subaquático. Agora, os pesquisadores estão trabalhando para otimizar o processo para que a reação de união das proteínas possa ocorrer dentro das células bacterianas. Isso melhoraria a eficiência e a automação potencial do sistema, porque os pesquisadores não teriam que purificar os dois pedaços da proteína e depois incubá-los juntos.

Além de aplicativos aqui na Terra, o sistema de produção de proteína bacteriana pode ser útil durante as missões espaciais, Notas de Zhang. "A NASA é um dos nossos financiadores, e eles estão interessados ​​em bioprodução, "Ele diz." Eles estão desenvolvendo tecnologias nas quais podem converter dióxido de carbono em carboidratos que podem ser usados ​​como alimento para os micróbios que estamos criando. Dessa maneira, os astronautas poderiam produzir esses materiais à base de proteínas no espaço sem trazer uma grande quantidade de matéria-prima. "