p Em breve, bactérias magnéticas poderão ser utilizadas para a produção de novos biomateriais. Uma equipe de microbiologistas da Universidade de Bayreuth liderada pelo Prof. Dr. Dirk Schüler desenvolveu um sistema modular para a reprogramação genética de bactérias, transformando assim os organismos em fábricas de células para nanopartículas magnéticas multifuncionais que combinam várias funções e propriedades úteis. Por causa de suas propriedades magnéticas excepcionais e boa biocompatibilidade, essas nanopartículas podem ser um novo material promissor no campo biomédico e biotecnológico. No jornal Pequena os cientistas apresentaram suas descobertas. p De magnetossomos a nanopartículas versáteis

p Bactérias magnéticas da espécie Magnetospirillum gryphiswaldense alinham seu comportamento natatório ao longo do campo magnético da Terra. Dentro das células, nanopartículas magnéticas, os magnetossomos, são organizados em forma de corrente, formando assim uma agulha de bússola intracelular. Cada magnetossomo consiste em um núcleo magnético de óxido de ferro rodeado por uma membrana. Além de lipídios, esta membrana também contém uma variedade de proteínas diferentes. Os microbiologistas da Universidade de Bayreuth conseguiram agora o acoplamento de grupos funcionais bioquimicamente ativos, que se originam de vários organismos estranhos, a essas proteínas. O método aqui utilizado começa na fase dos genes responsáveis ​​pela biossíntese das proteínas de membrana. Esses genes bacterianos são fundidos a genes estranhos de outros organismos que controlam a produção das respectivas proteínas funcionais. Assim que os genes são reintegrados ao genoma, as bactérias reprogramadas produzem magnetossomos que exibem essas proteínas estranhas instaladas permanentemente na superfície da partícula.

p No estudo, quatro grupos funcionais diferentes (isto é, proteínas estranhas) foram acoplados às proteínas de membrana. Estes incluem a enzima glicose oxidase de um fungo, que já é usado biotecnologicamente, por exemplo, como um "sensor de açúcar" em doenças diabéticas. Além disso, uma proteína fluorescente verde de uma água-viva e uma enzima produtora de corante da bactéria Escherichia coli, cuja atividade pode ser facilmente medida, foram instalados na superfície dos magnetossomos. O quarto grupo funcional é um fragmento de anticorpo de um lama (Alpaca) que foi usado como um conector versátil. Assim, todas essas propriedades, incluindo a excelente magnetização dos magnetossomos, são geneticamente codificadas nas bactérias.

p "Usando esta estratégia genética, reprogramamos as bactérias para produzir magnetossomos que brilham em verde quando irradiados com luz ultravioleta e, ao mesmo tempo, exibem novas funções biocatalíticas. Várias funções bioquímicas podem ser precisamente instaladas em suas superfícies. Deste modo, magnetossomos de bactérias vivas são transformados em nanopartículas multifuncionais com funções e propriedades fascinantes. Além disso, as partículas permanecem totalmente funcionais quando são isoladas da bactéria - o que pode ser facilmente realizado aproveitando-se de suas propriedades magnéticas inerentes, "diz o professor Dirk Schüler, que liderou a equipe de pesquisa.

p Um kit de ferramentas genéticas para aplicações em biomedicina e biotecnologia

p A funcionalização dos magnetossomos de forma alguma está limitada aos grupos funcionais que foram instalados na superfície da partícula pelos microbiologistas de Bayreuth. Em vez de, essas proteínas podem ser facilmente substituídas por outras funções, proporcionando assim uma plataforma altamente versátil. A reprogramação genética, portanto, abre um amplo espectro para projetar a superfície do magnetossomo. Ele fornece a base para um "kit de ferramentas genéticas" que permite a produção de nanopartículas magnéticas sob medida, combinando diferentes funções e propriedades úteis. Cada uma dessas partículas tem entre três e cinco nanômetros de tamanho.

p "Nossa abordagem de engenharia genética é altamente seletiva e precisa, comparado com, por exemplo, técnicas de acoplamento químico que não são tão eficientes e carecem desse alto grau de controle, "explica o microbiologista de Bayreuth, Dr. Frank Mickoleit, o primeiro autor do estudo. Ele aponta para uma vantagem decisiva dos novos biomateriais:“Estudos anteriores mostram que as nanopartículas magnéticas provavelmente não são prejudiciais às culturas de células. Uma boa biocompatibilidade é um pré-requisito importante para a futura aplicação das partículas na biomedicina, por exemplo, como agentes de contraste em técnicas de imagem magnética ou como sensores magnéticos em diagnósticos. No futuro, por exemplo, partículas semelhantes podem ajudar a detectar e destruir células tumorais. Os sistemas biorreatores são outro campo de aplicação. Nanopartículas magnéticas equipadas com minúsculos catalisadores seriam altamente adequadas para esse propósito e permitiriam processos bioquímicos complexos.

p "Há um enorme potencial de aplicação para nanopartículas que exibem diferentes grupos funcionais na superfície, particularmente nas áreas de biotecnologia e biomedicina. As bactérias magnéticas agora podem servir como uma plataforma para um versátil kit de nano-ferramentas, inspirando a criatividade científica no campo da Biologia Sintética. Isso iniciará outras abordagens de pesquisa interessantes, "acrescenta a microbiologista Clarissa Lanzloth B.Sc., que estava envolvida no novo estudo como co-autora durante a conclusão de sua tese de mestrado em bioquímica e biologia molecular em Bayreuth.