p Os pesquisadores usaram a Fonte Avançada de Fótons de Argonne para estudar compartimentos sem membrana chamados de coacervados complexos, à medida que eles passavam por ciclos úmido-seco, um estudo que lança luz sobre a Terra pré-biótica e tem implicações para o projeto de sistemas eletrônicos e de entrega de drogas. Crédito:Laboratório Nacional de Argonne
p Uma das questões mais importantes da ciência é como a vida começou na Terra. p Uma teoria é que o ciclo úmido-seco no início da Terra - seja durante os períodos chuvoso / seco, ou através de fenômenos como gêiseres - complexidade molecular encorajada. Acredita-se que o ciclo de hidratação / reidratação tenha criado condições que permitiram que compartimentos sem membrana, chamados de coacervatos complexos, funcionassem como lares para os produtos químicos se combinarem para criar vida.
p Usando a Fonte Avançada de Fótons do Laboratório Nacional de Argonne, cientistas da Escola Pritzker de Engenharia Molecular (PME) da Universidade de Chicago estudaram esses compartimentos de polímero à medida que passam por mudanças de fase para entender o que acontece dentro deles durante o ciclo úmido-seco.
p Os resultados, publicado em 27 de outubro em
Nature Communications , poderia não apenas lançar mais luz sobre a Terra pré-biótica, eles também podem ter implicações para o projeto de sistemas eletrônicos e de distribuição de medicamentos.
p "Ver esses conjuntos de polímeros à medida que passam por mudanças em ambientes complexos nos ajuda a entender como esses compartimentos se comportavam na Terra primitiva, e como podemos usá-los daqui para frente, "disse Matthew Tirrell, reitor da Pritzker School of Molecular Engineering, o professor de distinto serviço Robert A. Millikan, e coautor do artigo.
p Compartimentos sem membrana, chamados de coacervados complexos, que formam gotículas do tamanho de um micrômetro (centro), são amplamente estudados como modelos de protocélulas, um passo potencial na evolução da vida na Terra. Uma nova pesquisa mostra que as gotículas se comportam conforme previsto por um diagrama de fase derivado experimentalmente (à esquerda) em resposta a um processo ambiental proposto no início da Terra, o ciclo úmido-seco pode ser visto à medida que pequenos lagos ou poças evaporam e se reformam. A preferência por moléculas de RNA (marcadas com fluorescência vermelha no painel direito) para se acumular dentro das gotículas diminui à medida que a solução seca. Crédito:Hadi Fares, Estado de Penn
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Vendo dentro de coacervados complexos
p Em pesquisa liderada pela Universidade Estadual da Pensilvânia, os cientistas examinaram coacervatos de polieletrólitos em água que tinha a mesma composição da água do lago. Um tanque seca regularmente e então é reabastecido com chuva. Esta desidratação e reidratação cíclicas torna mais fácil para os blocos de construção moleculares, como aminoácidos e nucleotídeos, para montar em peptídeos e proteínas, como DNA e RNA, diminuindo a barreira termodinâmica que os impede de se combinar.
p O Tirrell Lab é especialista em compartimentos de polímero, como coacervatos de polieletrólitos, tendo descrito anteriormente como esses materiais agem sob diferentes mudanças de fase.
p Os pesquisadores da PME usaram espalhamento de raios-X de baixo ângulo na Fonte Avançada de Fótons de Argonne para observar a estrutura interna dos coacervados à medida que as condições úmido-seco mudavam. Eles descobriram que, à medida que a amostra de água secava, a concentração de RNA aumentou, mas a concentração de RNA dentro dos compartimentos de polímero permaneceu constante. Eles também descobriram que a concentração de sal da amostra aumentou conforme a água secava, enfraquecendo as interações de polímero, o que tornava os compartimentos realmente mais hidratados.
p Ciclos repetitivos de hidratação e desidratação "causaram uma evolução progressiva dos compartimentos, "Tirrell disse, que alterou permanentemente a composição dos coacervados.
p "Isso muda as propriedades físicas do coacervato e afeta a troca de moléculas, o que pode ser uma pista de como a vida começou, "disse Alexander Marras, um pesquisador de pós-doutorado no grupo de Tirrell.
p Como misturas de compartimentos sem membrana, chamados de coacervados complexos, estão secos, as concentrações de todos os componentes aumentam à medida que o volume total diminui. A preferência de uma molécula de RNA adicionada para localizar dentro das gotículas de coacervato diminui com a secagem, enquanto sua mobilidade aumenta. Esses resultados enfatizam a importância de se considerar cuidadosamente o ambiente em estudos de compartimentos coacervados sem membrana como modelos de protocélulas na evolução inicial da vida na Terra. Crédito:Hadi Fares, Estado de Penn
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Projetando sistemas de entrega de drogas
p Compreender como as condições dinâmicas afetam os coacervados pode ter implicações em dispositivos eletrônicos que usam os compartimentos de polímero em exibições visuais, ou na entrega de drogas. Compartimentos como este podem ser usados para realizar uma terapia dentro do corpo, e entender como os polímeros se agrupam e reagem às mudanças nas condições é a chave para projetar novas maneiras de distribuir medicamentos.
p Marras, ex-pós-doutorado da UChicago, Jeffrey Ting, e pesquisadores da Penn State forjaram essa colaboração de pesquisa durante a Gordon Research Conference na Suíça. Pesquisadores da Penn State, que finalmente liderou esta pesquisa, estavam interessados em estudar como os coacervados se comportavam na Terra primitiva. Durante uma caminhada em uma geleira, Ting, Marras, e os pesquisadores da Penn State discutiram como eles poderiam colaborar usando a Fonte Avançada de Fótons para ver o interior dos compartimentos.
p "Argonne é realmente uma instalação de classe mundial que nos permite estar na vanguarda deste tipo de trabalho, "Marras disse.
