Quais critérios uma célula criada sinteticamente deve atender para ser considerada viva? Quais são os requisitos mínimos para funções individuais de tal célula?

Perguntas como essas motivam Petra Schwille e sua equipe do Instituto Max Planck de Bioquímica. Agora, os cientistas mostraram que são necessários apenas cinco blocos de construção biológicos para gerar estruturas semelhantes a células que exibem movimento autônomo enquanto consomem energia. A descoberta desses pulsantes, bater vesículas foi uma surpresa, já que inicialmente os cientistas queriam investigar processos relacionados à divisão celular. O estudo foi publicado na revista Angewandte Chemie International Edition .

A biologia sintética assumiu a tarefa de imitar sistemas biológicos, ou até mesmo modificá-los de forma que possibilite novos aplicativos. Como tal, a função celular pode ser reproduzida no tubo de ensaio e, portanto, melhor compreendida, que podem levar a avanços tecnológicos. Os blocos de construção moleculares usados ​​são principalmente de origem biológica, mas os pesquisadores podem imitar mecanismos naturais ou buscar novas abordagens.

Freqüentemente, faz parte da biologia sintética encerrar os blocos de construção biológicos em recipientes microscopicamente pequenos, a fim de reproduzir as condições nas células vivas. Os recipientes populares são os chamados vesículas gigantes.

Essas estruturas semelhantes a bolhas consistem em uma fina camada lipídica que se assemelha à membrana celular. Adicionalmente, eles compartilham outras propriedades, por exemplo. seu tamanho (1-100 µm), com células vivas. Isso os torna um sistema modelo ideal em biologia celular sintética.

Os cientistas do Instituto Max Planck de Bioquímica agora incluíram duas proteínas diferentes e energia química na forma de ATP nas vesículas gigantes semelhantes a células. Sob o microscópio, eles observaram que as estruturas começaram a se mover de forma independente e periódica. Em sua publicação em, eles descrevem essas estruturas como "vesículas pulsantes".

Como uma célula determina seu centro?

As proteínas utilizadas para esses experimentos vêm da bactéria intestinal Escherichia coli, que serve como um sistema modelo importante na pesquisa biológica. Essas bactérias têm forma alongada e se dividem exatamente no centro. Para descobrir onde fica esse centro, as bactérias em forma de bastonete usam um mecanismo sofisticado:as proteínas MinD e MinE oscilam para frente e para trás entre as duas extremidades da bactéria. A máquina de divisão celular é repelida por essas proteínas e se instala o mais longe possível das extremidades:bem no centro da célula.

Padrões de viagem

Agora, pesquisadores do Departamento de Biofísica Celular e Molecular do Instituto de Bioquímica Max Planck conseguiram pela primeira vez encapsular essas proteínas oscilantes em vesículas gigantes. A equipe de Petra Schwille observou que as proteínas nas vesículas gigantes se movem periodicamente e oscilam para frente e para trás - semelhante ao comportamento das bactérias vivas.

Em experiências futuras, os pesquisadores planejam incluir outros componentes nas vesículas. Isso pode permitir que as vesículas se dividam e, assim, se multipliquem. Contudo, os padrões de proteína piscando não foram o único efeito que os cientistas observaram no microscópio:Além disso, as vesículas moviam-se autônoma e ritmicamente mudando de forma como bolas de borracha quicando.

Thomas Litschel, primeiro autor do estudo, explica que as observações foram uma surpresa, como não se sabia antes que um sistema tão simples, construído a partir de apenas alguns blocos de construção, pode levar a deformações dinâmicas da membrana desta extensão. "A maioria dos fenômenos em sistemas biológicos são muito mais complexos do que parecem. Aqui, finalmente, o oposto é verdadeiro:um comportamento aparentemente complexo que consiste em muito poucos módulos funcionais biológicos diferentes ", resume os resultados de Petra Schwille.

Embora o caminho para as células produzidas sinteticamente seja longo, a reconstituição das funções biológicas individuais adiciona outro item ao kit de ferramentas biotecnológicas necessário para atingir esse objetivo. Cada etapa ao longo do caminho para a célula sintética também melhora a compreensão dos processos nos organismos existentes. Desta maneira, as "vesículas pulsantes" ajudam os pesquisadores a estudar os princípios fundamentais da vida.