Os cientistas criaram o primeiro switch de proteína completamente artificial que pode funcionar dentro das células vivas para modificar - ou mesmo comandar - os complexos circuitos internos da célula.

A opção é apelidada de LOCKR, abreviação de travamento, Ortogonal Cage / Key pRotein.

Artigos complementares publicados em 24 de julho na revista Natureza descrever o design do LOCKR e demonstrar várias aplicações práticas da tecnologia. O trabalho foi conduzido por equipes de bioengenharia lideradas por David Baker no UW Medicine Institute for Protein Design e Hana El-Samad na UC San Francisco.

Os cientistas mostram que o LOCKR pode ser "programado" para modificar a expressão do gene, redirecionar o tráfego de celular, degradam proteínas específicas, e controlar as interações de ligação de proteínas. Os pesquisadores também usam o LOCKR para construir novos circuitos biológicos que se comportam como sensores autônomos. Esses circuitos detectam pistas do ambiente interno ou externo da célula e respondem fazendo alterações na célula. Isso é semelhante à maneira como um termostato detecta a temperatura ambiente e direciona um sistema de aquecimento ou resfriamento para se desligar assim que a temperatura desejada for atingida.

Uma vez montado por uma célula, esses novos interruptores medem apenas oito nanômetros em seu lado mais longo. Mais de cem milhões seriam necessários para cobrir o período no final desta frase.

"A capacidade de controlar células com proteínas projetadas inaugura uma nova era da biologia, "disse El-Samad, o Professor de Bioquímica e Biofísica da Família Kuo na UCSF e co-autor sênior dos relatórios. “Da mesma forma que os circuitos integrados possibilitaram a explosão da indústria de chips de computador, esses interruptores biológicos versáteis e dinâmicos podem em breve desbloquear o controle preciso sobre o comportamento das células vivas e, em última análise, nossa saúde. "

Não tendo contrapartida no mundo natural, LOCKR se destaca de todas as ferramentas do comércio de biotecnologia, incluindo tecnologias recentes como optogenética e CRISPR. Embora seus predecessores tenham sido descobertos na natureza e depois refeitos para uso em laboratórios, indústria, ou remédio, LOCKR está entre as primeiras ferramentas de biotecnologia inteiramente concebidas e construídas por humanos.

Os principais autores dos relatórios são Bobby Langan e Scott Boyken, do UW Medicine Institute for Protein Design, e Andrew Ng do Programa de Pós-Graduação em Bioengenharia da UC Berkeley-UCSF.

"Agora mesmo, cada célula está respondendo ao seu ambiente, "disse Langan." As células recebem estímulos, então tem que descobrir o que fazer sobre isso. Eles usam sistemas naturais para ajustar a expressão gênica ou degradar proteínas, por exemplo."

Langan e seus colegas decidiram criar uma nova maneira de interagir com esses sistemas celulares. Eles usaram o projeto de proteínas computacionais para criar proteínas de automontagem que apresentam peptídeos bioativos somente após a adição de "chaves" moleculares específicas.

Com uma versão do LOCKR instalado no fermento, a equipe conseguiu mostrar que o fungo geneticamente modificado poderia degradar uma proteína celular específica em um momento de escolha dos pesquisadores. Ao redesenhar o switch, eles também demonstraram o mesmo efeito em células humanas cultivadas em laboratório.

Manter-se saudável, as células devem controlar rigidamente seus processos bioquímicos. Atividade anormal em apenas um gene, ou acúmulo da proteína errada, pode perturbar o equilíbrio de uma célula. Isso pode levar à morte celular ou mesmo ao câncer. O LOCKR oferece aos cientistas uma nova maneira de interagir com células vivas. Isso poderia permitir uma nova onda de terapias para doenças tão diversas como o câncer, doenças autoimunes e muito mais.

"LOCKR abre um novo reino de possibilidades para células de programação, "disse Ng." Estamos agora mais limitados pela nossa imaginação e criatividade do que pelas proteínas que a natureza desenvolveu. "