p (PhysOrg.com) - Crescimento de cristais bidimensionais de camada S em bicamadas lipídicas suportadas, observado em solução usando microscopia de força atômica in situ. Este filme mostra proteínas aderindo à bicamada lipídica suportada, formando uma fase móvel que se condensa em aglomerados amorfos, e passando por uma transição de fase para aglomerados cristalinos compostos de 2 a 15 tetrâmeros. Esses aglomerados iniciais então entram em uma fase de crescimento na qual novos tetrâmeros se formam exclusivamente em locais de rede desocupados ao longo das bordas do aglomerado. p Ao montar um envelope cristalino em torno de uma célula, as proteínas da camada superficial (camada S) servem como o primeiro ponto de contato entre as bactérias, extremófilos e outros tipos de micróbios e seu ambiente. Agora, cientistas da Fundição Molecular, uma instalação de usuário de nanociência no Berkeley Lab, usaram microscopia de força atômica para obter imagens em tempo real de como as proteínas da camada S formam cristais em um ambiente semelhante a uma célula. Esta observação direta da montagem da proteína pode fornecer aos pesquisadores uma visão sobre como os microorganismos evitam os antibióticos ou prendem o dióxido de carbono nos minerais.

p “Muitas proteínas se auto-montam em estruturas altamente ordenadas que fornecem aos organismos funções críticas, como adesão celular a superfícies, transformação de CO ₂ em minerais, propagação de doenças, e resistência a drogas, ”Disse James DeYoreo, Vice-Diretor da Fundição Molecular. “Este trabalho é o primeiro a fornecer uma visão direta em nível molecular da via de montagem in vitro. Uma vez que esse conhecimento pode ser estendido para a montagem em um sistema vivo, pode levar a estratégias para capitalizar ou interferir nessas funções. ”

p Desvendar o caminho para a formação da camada S permite que os cientistas investiguem como as bactérias ou outros micróbios negociam as interações com seu ambiente. DeYoreo e colegas empregaram microscopia de força atômica in situ - uma técnica de sonda usada para estudar a superfície de um cristal em seu ambiente natural com precisão atômica - para observar as proteínas da camada S se reunirem a partir da solução em um plano, membrana biológica chamada bicamada lipídica. Ao contrário do crescimento de cristal clássico, em que os átomos se formam em "sementes" ordenadas e crescem em tamanho, a equipe mostrou que as proteínas da camada S formam bolhas não estruturadas nas bicamadas antes de se transformarem em uma estrutura cristalina ao longo de minutos.

p “Podemos realmente ver essas proteínas a partir da solução aderindo e organizando-se nas bicamadas lipídicas, onde se condensam espontaneamente em muitas bolhas de proteína - então, minutos depois, eles se transformam em uma estrutura cristalina com uma rede quadrada de tetrâmeros, ”Disse Sungwook Chung, um cientista da equipe da Divisão de Biociências Físicas e usuário da Fundição Molecular. “Esta é uma descoberta importante, pois fornece evidências diretas de um caminho de montagem de vários estágios com um intermediário, fase amorfa se formando antes de dobrar em um bidimensional, matriz cristalina. ”

p Pesquisador de pós-doutorado em fundição Seong-Ho Shin, trabalhando com a Diretora de Fundição Carolyn Bertozzi, diz que entender como as camadas S interagem com seu ambiente pode ajudar a reconhecer como os organismos resistem aos medicamentos antibacterianos, ou como os micróbios transformam o dióxido de carbono em carbonatos sólidos. Entre as primeiras estruturas de proteínas a serem usadas para organizar nanoestruturas, Camadas S também são materiais de molde de andaime atraentes para o crescimento ou organização de nanofios ou pontos quânticos.

p Em um estudo inspirado neste trabalho, O cientista da equipe de fundição Steve Whitelam usou modelagem por computador para investigar as vias de cristalização das proteínas da camada S modelo. Conforme as proteínas modelo se encontram, eles podem ficar juntos em qualquer ângulo em que colidam (mediados por interações não específicas), ou ligar na orientação correta necessária para formar um cristal (mediado por interações direcionais).

p Ao ajustar essas interações, Whitelam identificou regimes de parâmetros dentro dos quais bolhas não estruturadas de proteínas se formam antes da cristalização. Pesquisando no espaço de parâmetros, ele descobriu que os cristais costumam se formar de forma mais confiável se as proteínas modelo interagirem de forma direcional e não específica, em vez de apenas por meio da interação direcional. O que mais, ele adiciona, essas descobertas podem se aplicar a diferentes tipos de materiais.

p “Muitos materiais biológicos e inorgânicos se reúnem e cristalizam por meio de fases intermediárias que muitas vezes são amorfas, ”Disse Whitelam, que faz parte da Teoria de Instalações de Materiais Nanoestruturados da Fundição. “O desenvolvimento de um modelo molecular de cristalização em um sistema específico nos ajuda a entender os mecanismos de cristalização em geral.”