Cascatas de reações complexas podem ser desencadeadas em sistemas moleculares artificiais:cientistas suíços construíram uma enzima que pode penetrar uma célula de mamífero e acelerar a liberação de um hormônio. Isso então ativa um interruptor de gene que desencadeia a criação de uma proteína fluorescente. As descobertas foram relatadas por pesquisadores da NCCR Molecular Systems Engineering, liderado pela Universidade de Basel e ETH Zurich.

A natureza depende de enzimas para acelerar as reações bioquímicas de uso intensivo de energia, necessárias para a preservação da vida. Contudo, as enzimas naturais não são igualmente adequadas para todos os tipos de reação. Catalisadores criados artificialmente são muito mais versáteis, pois podem promover muitos mais processos de síntese química.

Há, portanto, um grande potencial na introdução de catalisadores artificiais em células e órgãos vivos para modificar as funções celulares em um nível genético ou para criar uma droga a partir de um precursor inofensivo na própria célula. Contudo, tais catalisadores geralmente funcionam apenas sob condições estritamente controladas que são quase impossíveis de alcançar em células vivas.

Cascata de componentes artificiais

Para superar essa restrição, pesquisadores das Universidades de Basel (Professor Thomas Ward) e Genebra (Professor Stefan Matile) e da ETH Zurich (Professor Martin Fussenegger) desenvolveram um catalisador de pequena molécula que pode controlar uma troca de gene. Se esta chave estiver ativada, a função de célula desejada é acionada.

Para o estudo atual, os pesquisadores produziram uma metaloenzima - uma proteína biocompatível na qual um fragmento de metal cataliticamente ativo (neste caso o rutênio) é incorporado. Com este método, eles conseguiram pela primeira vez desenvolver uma metaloenzima artificial que foi capaz de penetrar uma célula de mamífero.

Uma vez na célula, a metaloenzima - como um cavalo de Tróia - desdobrou sua função catalítica e acelerou a produção de um determinado hormônio da tireoide. Esse hormônio então ativou um interruptor de gene sintético que levou à criação de uma proteína fluorescente chamada luciferase.

Um novo tipo de química em organismos vivos

O estudo, publicado em Nature Communications , prova a viabilidade de uma abordagem inovadora que visa o desenvolvimento das funções celulares e visa complementar os processos bioquímicos tradicionais. O trabalho é um bom exemplo das oportunidades oferecidas pela combinação da biologia sintética e da química organometálica para o controle das funções celulares em organismos vivos.