p O interior de uma cela viva é um lugar lotado, com proteínas e outras macromoléculas compactadas juntas. Uma equipe de cientistas da Carnegie Mellon University avaliou essa aglomeração molecular em um sistema celular artificial e descobriu que os espaços reduzidos ajudam o processo de expressão do gene, especialmente quando outras condições são menos do que ideais. p Como os pesquisadores relatam em uma publicação online antecipada da revista Nature Nanotechnology , essas descobertas podem ajudar a explicar como as células se adaptaram ao fenômeno de aglomeração molecular, que foi preservado através da evolução. E essa compreensão pode guiar os biólogos sintéticos à medida que desenvolvem células artificiais que um dia podem ser usadas para a entrega de drogas, produção de biocombustíveis e biossensores.

p "Estes são passos de bebê que estamos dando para aprender como fazer células artificiais, "disse Cheemeng Tan, um Lane Postdoctoral Fellow e um Branco-Weiss Fellow no Lane Center for Computational Biology, quem conduziu o estudo. A maioria dos estudos de sistemas biológicos sintéticos hoje emprega química baseada em solução, que não envolve aglomeração molecular. As descobertas do estudo da CMU e as lições da evolução sugerem que os bioengenheiros precisarão construir células artificiais para que os circuitos genéticos sintéticos funcionem como fariam em células reais.

p A equipe de pesquisa, que incluiu Russell Schwartz, professor de ciências biológicas; Philip LeDuc, professor de engenharia mecânica e ciências biológicas; Marcel Bruchez, professor de química; e Saumya Saurabh, um Ph.D. estudante de química, desenvolveram seu sistema celular artificial usando componentes moleculares do bacteriófago T7, um vírus que infecta bactérias que costuma ser usado como modelo em biologia sintética.

p Para imitar o ambiente intracelular lotado, os pesquisadores usaram várias quantidades de polímeros inertes para avaliar os efeitos de diferentes níveis de densidade.

p A aglomeração em uma cela não é tão diferente de uma multidão de pessoas, Disse Tan. Se apenas algumas pessoas estiverem em uma sala, é fácil para as pessoas se misturarem, ou mesmo ficar isolado. Mas em uma sala lotada, onde é difícil se mover, os indivíduos freqüentemente tendem a ficar próximos uns dos outros por longos períodos. A mesma coisa acontece em uma célula. Se o espaço intracelular estiver lotado, a ligação entre as moléculas aumenta.

p Notavelmente, os pesquisadores descobriram que os ambientes densos também tornaram a transcrição de genes menos sensível às mudanças ambientais. Quando os pesquisadores alteraram as concentrações de magnésio, amônio e espermidina - substâncias químicas que modulam a estabilidade e a ligação de macromoléculas - eles encontraram maiores perturbações da expressão gênica em ambientes de baixa densidade do que em ambientes de alta densidade.

p "Os sistemas celulares artificiais têm um enorme potencial para aplicações na entrega de drogas, biorremediação e computação celular, "Tan disse." Nossas descobertas ressaltam como os cientistas poderiam aproveitar os mecanismos de funcionamento das células naturais em sua vantagem para controlar esses sistemas celulares sintéticos, bem como em sistemas híbridos que combinam materiais sintéticos e células naturais. "