Cientistas da Rice University desenvolveram interruptores de proteínas sintéticas para controlar o fluxo de elétrons.

A prova de conceito, proteínas contendo metais feitas no laboratório de Rice do biólogo sintético Joff Silberg são expressas dentro das células após a introdução de um produto químico e são ativadas funcionalmente por outro produto químico. Se as proteínas foram colocadas na célula, eles podem simplesmente ser ligados e desligados.

"Esta não é uma metáfora para uma mudança, é um interruptor elétrico literal construído a partir de uma proteína, "Silberg disse.

As proteínas podem facilitar a bioeletrônica de próxima geração, incluindo circuitos biológicos completos dentro das células que imitam suas contrapartes eletrônicas. As possíveis aplicações incluem sensores vivos, vias metabólicas controladas eletronicamente para síntese química e pílulas ativas que detectam seu ambiente e liberam drogas apenas quando necessário.

O trabalho aparece em Nature Chemical Biology . "A biologia é realmente boa em detectar moléculas, "disse Silberg, professor de biociências e bioengenharia. "Isso é uma coisa incrível. Pense em como a célula é complexa, e como as proteínas evoluem que podem responder a um único prompt em um mar de informações. Queremos alavancar essa capacidade requintada de construir biomoléculas mais elaboradas e usá-las para desenvolver tecnologias úteis de biologia sintética. "

A equipe do Rice tira proveito dessas habilidades inatas. “Proteínas naturais que movem elétrons mais ou menos agem como fios que estão sempre lá, "disse Sistemas, Sintético, e o estudante de graduação em Biologia Física e autor principal Josh Atkinson. "Se pudermos ligar e desligar esses caminhos, podemos fazer as células operarem com mais eficiência. "

Os interruptores de metaloproteína do arroz - assim chamados por seu conteúdo de ferro - são rápidos, Silberg disse. A natureza normalmente controla o fluxo de elétrons usando mecanismos genéticos para controlar a produção dos "fios" de proteínas.

"É tudo transcricional, "ele disse." Mesmo em um crescimento rápido E. coli bactérias, leva muitos minutos. Por contraste, os interruptores de proteína funcionam em uma escala de tempo de segundos. "

Para fazer a troca - que eles usam em uma via de transferência de elétrons sintéticos - os pesquisadores precisavam de uma proteína estável que pudesse ser dividida de forma confiável ao longo de sua estrutura peptídica para permitir a inserção de fragmentos de proteína que completam ou interrompem o circuito. Eles basearam a mudança na ferredoxina, uma proteína comum de ferro-enxofre que medeia a transferência de elétrons em todos os domínios da vida.

Atkinson construiu interruptores embutidos em E. coli que pode ser ligado na presença (ou desligado na ausência) de 4-hidroxitamoxifeno, um modulador do receptor de estrogênio usado para combater o câncer de mama e outros cânceres, ou por bisfenol A (BPA), um produto químico sintético usado em plásticos.

Seus E. coli a bactéria é uma cepa mutante programada para crescer apenas em meio de sulfato quando todos os componentes da cadeia de transporte de elétrons da ferredoxina - incluindo proteínas doadoras e aceitadoras de elétrons - são expressos. Dessa maneira, a bactéria só poderia crescer se os interruptores ligassem e transferissem elétrons conforme planejado.

Silberg disse que a descoberta deve levar a switches personalizados para muitas aplicações, incluindo contato com dispositivos eletrônicos externos. "É por isso que nos entusiasmamos tanto com essa ideia de bioeletrônica, todo um campo que está surgindo à medida que a biologia sintética obtém mais controle sobre o design, "ele disse." Uma vez que você pode padronizar isso, existem todos os tipos de coisas que podemos construir com células. "

Isso pode incluir pílulas inteligentes que liberam medicamentos apenas sob demanda, ou detectores de bioma intestinal que relatam as condições. Ou talvez circuitos elétricos contidos inteiramente em células.

"Já podemos mapear muito do que os engenheiros elétricos fazem com capacitores e resistores no metabolismo, mas até agora, não houve interruptores, "Silberg disse.

Ele sugeriu que vários interruptores também poderiam transformar uma célula em um processador biológico. "Então, poderíamos ver o processamento digital paralelo na célula, "disse ele." Isso muda a maneira como olhamos para a biologia. "