Cientistas de um grupo internacional liderado pelo RIKEN Cluster for Pioneering Research in Japan desenvolveram uma maneira simples de monitorar o nível de etileno, um hormônio importante, nas plantas. O eteno está envolvido em muitos processos nas fábricas, como o amadurecimento dos frutos e a queda das folhas no outono. A detecção foi feita por uma metaloenzima artificial, significando uma proteína - neste caso, albumina - que envolve um metal que atua como um catalisador.

As metaloenzimas são muito comuns na natureza, funcionando em lugares como o sangue, onde os átomos de ferro na hemoglobina ajudam a transportar oxigênio, ou em cloroplastos de plantas, onde os átomos de manganês auxiliam no processo de fotossíntese. As proteínas permitem que os catalisadores metálicos passem pelo corpo até os tecidos, onde são necessários, sem serem "extintos" por antioxidantes como a glutationa. O "design" químico agora permite que os cientistas humanos criem metaloenzimas artificiais, modelado a partir de moléculas naturais, mas que desempenham funções que não são encontradas na natureza.

Para o estudo atual, publicado em Nature Communications , os co-autores Kenward Vong e Shohei Eda do RIKEN CPR decidiram focar seu trabalho em um biossensor para detectar gás etileno. O gás etileno é um dos três principais hormônios que as plantas usam. É conhecido por estar envolvido tanto no desenvolvimento de plantas, como amadurecimento de frutas, perder folhas antes do inverno, e o crescimento de novas folhas, e em resposta a estresses como predação e seca. Por esta razão, o etileno é comumente aplicado às plantas frutíferas para estimular o amadurecimento dos frutos.

Eles projetaram uma molécula contendo uma estrutura de albumina usada para conter um catalisador de rutênio, projetado de tal forma que se tornaria fluorescente na presença de etileno. Eles testaram a metaloenzima em várias frutas e vegetais, e descobriram que era capaz de detectar a presença de etileno nas frutas à medida que amadureciam. Ao contrário dos biossensores anteriores de etileno, Contudo, conseguiu mostrar a distribuição do etileno na fruta, fornecendo um mapa espacial e temporal detalhado de como o etileno se espalhou. O grupo então usou um modelo de planta experimental, Arabidopsis thaliana, para examinar a liberação de etileno em resposta a estresses, como patógenos, e eles descobriram que o bioensaio foi capaz de detectar com precisão a presença do etileno.

De acordo com Katsunori Tanaka, o líder do grupo de pesquisa, "Nosso trabalho tem duas implicações importantes. Uma é no campo das metaloenzimas artificiais, onde fomos capazes de usar um princípio da natureza para produzir algo que não existe na natureza. E em segundo lugar, nosso trabalho contribuirá para a compreensão de como o etileno é produzido nas plantas, já que podemos medir a concentração de etileno quando ele ainda está dentro das células. "

O grupo planeja continuar trabalhando para melhorar o sistema, por exemplo, tornando sua reatividade mais rápida para que possa medir o etileno antes de fazer a transição para o gás, e para melhorar sua capacidade de entrar nas células em vez de permanecer no ambiente extracelular.