Fazer um bolo do zero é uma tarefa considerada difícil para muitos. Construindo um sistema semelhante a uma célula artificial a partir do zero, bem, essa é outra história.

“Sintetizar células do zero é de fundamental importância para entender o que é a vida, "disse o Prof. Yohei Yokobayashi, líder da Unidade de Química e Engenharia de Ácido Nucleico da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST).

Cientistas de todo o mundo estão começando a criar células artificiais simples que realizam algumas funções biológicas básicas e que contêm pequenas fitas de DNA ou RNA. Contudo, fazer com que esses fragmentos de material genético expressem suas proteínas codificadas em resposta a sinais precisos tem sido um desafio.

Agora, Yokobayashi e outros pesquisadores da OIST e da Universidade de Osaka descobriram uma maneira de fazer as células artificiais interagirem com uma ampla gama de produtos químicos. Eles desenvolveram um riboswitch - um interruptor de gene que detecta sinais químicos - que pode responder à histamina, um composto químico que é produzido naturalmente no corpo. Na presença deste produto químico, o riboswitch ativa um gene dentro das células artificiais. Tal sistema, poderia um dia ser usado como uma nova forma de administração de medicamentos, disse Yokobayashi, um autor correspondente em um estudo recente em Jornal da American Chemical Society , que descreve a abordagem.

"Queremos que as células liberem drogas com base na detecção de histamina, "Yokobayashi disse." O objetivo final é fazer com que as células do seu intestino usem a histamina como um sinal para liberar a quantidade apropriada de medicamento para tratar uma doença. "

Seleção de sinal

Os cientistas escolheram a histamina como sinal químico para suas células artificiais porque é um composto biológico importante no sistema imunológico. Se você sentir uma coceira, a histamina é a provável culpada. Também é liberado pelo corpo durante as reações alérgicas e ajuda na defesa contra patógenos estranhos, estimulando a inflamação.

Para detectar histamina, eles criaram uma molécula chamada aptâmero de RNA. Os aptâmeros de RNA são pequenos segmentos de blocos de construção de RNA que podem ser projetados para atuar como agentes de ligação a moléculas-alvo específicas. Levou Yokobayashi e seus colegas, ex-pós-doutorandos do OIST Dr. Mohammed Dwidar e Dr. Shungo Kobori e OIST Ph.D. estudante Charles Whitaker, dois anos para criar um aptâmero que visava a histamina.

Próximo, a equipe desenvolveu um chamado riboswitch que transformaria essa detecção de sinal em ação, especificamente, traduzir um gene para produzir uma proteína. Normalmente, as células produzem proteínas quando os modelos feitos de RNA mensageiro (mRNA) se ligam a estruturas celulares chamadas ribossomos. Aqui, os cientistas usaram o aptâmero de histamina para projetar um riboswitch que altera a forma do mRNA ao se ligar à histamina. Na ausência de histamina, a forma do mRNA impede que o ribossomo se ligue, e nenhuma proteína é produzida. MRNA ligado à histamina, Contudo, permite que o ribossomo se ligue e sintetize proteínas.

"Demonstramos que riboswitches podem ser usados ​​para fazer células artificiais responderem a compostos químicos e sinais desejados, "Yokobayashi disse.

A próxima etapa resultou de uma colaboração com o autor sênior Prof. Tomoaki Matsuura e o estudante de pós-graduação Yusuke Seike do Departamento de Biotecnologia da Universidade de Osaka. Matsuura e Seike colocaram o riboswitch livre de células criado pela equipe de Yokobayashi em vesículas lipídicas para criar células artificiais. A equipe de Osaka conectou o riboswitch a um gene que expressa uma proteína fluorescente, de modo que quando o riboswitch foi ativado pela histamina, o sistema brilhava. Então, eles controlaram outra proteína pelo riboswitch - um que cria poros em escala nanométrica na membrana celular. Quando o aptâmero detectou histamina, um composto fluorescente encapsulado nas vesículas foi liberado das células através dos poros, modelar como o sistema liberaria um medicamento.

Os cientistas também criaram um "interruptor de eliminação" que instrui a célula a se autodestruir - criando um controle para a tecnologia.

A tecnologia está nos estágios iniciais de desenvolvimento. O próximo passo é tornar as células artificiais mais sensíveis a uma quantidade menor de histamina. O uso médico pode estar em um futuro distante, mas o potencial existe, os cientistas dizem.