As células são a unidade básica da vida. Eles fornecem um ambiente para as moléculas fundamentais da vida interagirem, para que as reações ocorram e sustentem a vida. Contudo, a célula biológica é muito complicada, dificultando a compreensão do que se passa dentro dela. Uma maneira de lidar com esse problema biológico é projetar uma célula sintética mínima como um sistema mais simples em comparação com as células biológicas. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Biologia Molecular Celular e Genética em Dresden e do Instituto Max-Planck de Colóides e Interfaces em Potsdam realizaram esse desafio de engenharia ao construir uma célula sintética que pode encapsular reações bioquímicas fundamentais. Eles também mostram que esse sistema mínimo pode responder às mudanças no ambiente.

As células constituem os blocos básicos de construção da vida. Eles fornecem um ambiente distinto e dinâmico para a organização de moléculas e reações que são necessárias para sustentar a vida. Dentro da célula existem inúmeras moléculas, incluindo DNA, proteínas, açúcares, e gorduras (lipídios) que precisam se unir de maneiras diferentes. Para entender, como as células organizam todos esses componentes para funcionar em um ambiente complexo, os cientistas vêm construindo células sintéticas com menos componentes para criar sistemas simples que imitam certos processos celulares. Este campo de pesquisa da biologia sintética combina engenharia e biologia e se concentra em pegar partes do sistema biológico natural e simplificá-lo.

Apesar de muitos avanços no campo da biologia sintética, construir sistemas dinâmicos ainda é muito difícil. A equipe de pesquisa, financiado pela rede MaxSynBio, composta por Dora Tang do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Molecular e Genética em Dresden em colaboração com Rumiana Dimova e Tom Robinson do Instituto Max-Planck de Colóides e Interfaces construíram agora uma célula sintética que pode reagir às mudanças no ambiente. Os pesquisadores construíram um compartimento com uma membrana que contém um subcompartimento sem membrana dentro dele. Este sub-compartimento pode ser montado e desmontado dependendo das mudanças no ambiente.

Subcompartimentos responsivos

O principal desafio durante este processo foi criar um subcompartimento a partir de moléculas que flutuavam dentro da célula sintética. Essas células foram visualizadas por microscopia de fluorescência. Celina Love, o primeiro autor do estudo, explica:"Assim como nossas papilas gustativas podem nos permitir experimentar sabores que são salgados ou azedos, componentes dentro de uma célula também podem responder à acidez de um ambiente. Descobrimos que, ao alterar o pH do ambiente, podemos afetar o comportamento das moléculas que se unem e sua capacidade de formar subcompartimentos. Foi especialmente emocionante ver como as reações químicas podem ser ligadas e desligadas alterando a acidez dentro da célula sintética. "

Dora Tang, o supervisor do estudo, apresenta uma perspectiva:"Nosso trabalho é um grande passo à frente no projeto de células sintéticas mais complexas que podem imitar comportamentos biológicos. Este sistema sintético ajustável apresenta possibilidades interessantes para abordar questões fundamentais em biologia, por exemplo, como as células integram uma infinidade e variedade de sinais do ambiente para executar e ajustar funções celulares básicas, como o metabolismo. "