Imagem de microscopia de fluorescência confocal mostrando uma seção transversal de uma protocélula hospedeira-hóspede aninhada que consiste em um proteinossomo convidado capturado (verde) preso dentro de uma microgotícula de coacervado hospedeiro (vermelho). Crédito:Professor Stephen Mann e Dr. Nicolas Martin, University of Bristol.
Pesquisadores da Universidade de Bristol demonstraram que as células artificiais residentes abandonam seus hospedeiros protocélulas exibindo um comportamento antagônico ao receber um sinal químico.
O trabalho abre novas perspectivas para o desenvolvimento de materiais macios sintéticos dotados de propriedades naturais.
As células vivas cooperam e competem entre si para maximizar sua sobrevivência e otimizar seu comportamento coletivo. A reprodução desses comportamentos em comunidades de entidades semelhantes a células sintéticas (protocélulas) é extremamente desafiadora e requer que diferentes tipos de protocélulas sejam reunidos em estreita proximidade para que possam operar em uníssono, ou alternativamente, trabalhar um contra o outro.
Em um novo estudo publicado hoje em Nature Communications , Professor Stephen Mann da Escola de Química de Bristol, junto com colegas Dr. Nicolas Martin, Yan Qiao, Richard Booth e Mei Li no Bristol Center for Protolife Research, e o colaborador francês Jean-Paul Douliez, da Universidade de Bordeaux, abordaram esse desafio projetando dois tipos de protocélulas contendo enzimas, que, quando misturados espontaneamente, se agrupam em comunidades aninhadas de hospedeiro-hóspede que operam de forma sinérgica ou antagônica, dependendo da intensidade de um sinal químico.
A equipe usou grandes gotas de um complexo de ácido graxo sensível ao pH (coacervato) e pequenas microcápsulas de proteína-polímero (proteinossomos) como protocélulas hospedeiras e convidadas, respectivamente. Ao projetar interações atraentes entre os dois tipos de protocélula, os proteinossomas foram capturados espontaneamente e internalizados nas microgotas de coacervado para produzir uma comunidade aninhada.
Os pesquisadores carregaram enzimaticamente a comunidade aninhada ao aprisionar a glicose oxidase e a peroxidase de rábano dentro dos proteinossomos e microgotas coacervadas, respectivamente. A adição de pequenas quantidades de glicose no ambiente produziu uma interação cooperativa entre as protocélulas hospedeiras e convidadas, de modo que as duas enzimas trabalharam juntas para produzir uma cascata química espacialmente acoplada.
Contudo, aumentar o nível do sinal de glicose virou as protocélulas hóspedes contra seu hospedeiro, o que levou à desmontagem induzida pelo pH das gotículas de coacervato e liberação dos proteinossomos residentes. Uma característica surpreendente do processo de autoconfiguração foi que as gotículas se reestruturaram em pequenas vesículas de ácido graxo que ficaram presas dentro dos proteinossomas ejetados para produzir um novo tipo de protocélula aninhada.
O professor Stephen Mann disse:"Embora a pesquisa esteja em um estágio inicial, nossa visão de longo prazo é desenvolver redes dinâmicas de interação em comunidades de protocélulas sintéticas. Isso poderia oferecer novas oportunidades para o projeto de microssistemas funcionais semelhantes à vida que operam coletivamente, por exemplo, como sensores inteligentes, agentes de liberação e liberação de drogas, e módulos em microescala para captura e armazenamento de energia. "
