Graças a uma característica menos conhecida da microbiologia, os pesquisadores da Michigan State University ajudaram a abrir uma porta que pode levar à fabricação de medicamentos, vitaminas e muito mais a custos mais baixos e com maior eficiência.
A equipe de pesquisa internacional, liderada por Henning Kirst e Cheryl Kerfeld no College of Natural Science, reaproveitou o que é conhecido como microcompartimentos bacterianos e os programou para produzir produtos químicos valiosos a partir de ingredientes iniciais baratos.

A equipe publicou seu trabalho em 22 de fevereiro na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Os microcompartimentos são como nanorreatores ou nanofábricas", disse Kirst, pesquisadora associada sênior do laboratório de Kerfeld, que opera tanto no MSU quanto no Lawrence Berkeley National Laboratory.

Kirst, Kerfeld e seus companheiros de equipe viram os microcompartimentos como uma oportunidade de levar reações químicas importantes para o próximo nível. Nas últimas décadas, os pesquisadores aproveitaram o poder das enzimas encontradas nas bactérias para criar produtos químicos valiosos, incluindo biocombustíveis e medicamentos.

Nessas aplicações industriais, no entanto, os químicos geralmente confiam no microrganismo inteiro para produzir o composto desejado, o que Kirst disse que pode levar a complicações e ineficiências.

"A analogia que usamos é como uma casa. Se você tem reações em todos os lugares, pode ficar muito complexo", disse Kirst. "Imagine que você começa a tomar banho no porão, mas depois precisa ir ao segundo andar para pegar xampu, depois voltar ao porão para terminar o banho e depois para o primeiro andar para pegar sua toalha. É muito ineficiente."

No caso dos microrganismos, a bactéria pode produzir um ingrediente em um lado de sua célula, enquanto a enzima específica que usa esse ingrediente para fazer o produto final está do outro lado. Então, mesmo que esse ingrediente possa fazer a viagem pela célula, existem outras enzimas ao longo do caminho que podem pegá-lo e usá-lo para outra coisa.

As enzimas, no entanto, vivem em microcompartimentos bacterianos, que são como cômodos dentro da casa que é a célula. Os pesquisadores e seus colegas mostraram que podiam projetar microcompartimentos para otimizar uma reação específica, reunindo as enzimas e ingredientes necessários no mesmo espaço menor, em vez de espalhá-los.

"Estamos colocando tudo o que precisamos para uma tarefa na mesma sala", disse Kirst. "A compartimentação nos dá muito mais controle e aumenta a eficiência."

"É como trabalhar em um apartamento de eficiência versus o Spelling Manor", disse Kerfeld, uma Hannah Distinguished Professor da MSU (o Spelling Manor é uma propriedade enorme em Los Angeles - tem mais de 100 quartos e mais de 50.000 pés quadrados). Kerfeld também trabalha no MSU-DOE Plant Research Laboratory, que é apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA.

Como prova de conceito, a equipe projetou um sistema de microcompartimentos que poderia transformar os compostos simples e baratos formato e acetato em piruvato.

“O piruvato também é um precursor relativamente simples para praticamente qualquer coisa que a biologia pode fazer – por exemplo, produtos farmacêuticos, vitaminas e aromatizantes”, disse Kirst. “Mas achamos que todo o princípio é muito generalizável para muitas outras vias metabólicas que seriam interessantes de explorar”.

E eles não são os únicos que pensam assim.

"O sistema descrito aqui pode ser usado como plataforma em projetos de engenharia ambiciosos", escreveu Volker Müller em um comentário sobre a pesquisa. Müller é o chefe do Departamento de Microbiologia e Bioenergética da Goethe University Frankfurt e não esteve envolvido no projeto.

"Isso é emocionante e abre o caminho para usar a estratégia de engenharia (microcompartimentos bacterianos) para a produção de vários compostos a partir de substratos baratos", disse ele.

Os microcompartimentos bacterianos são semelhantes às organelas ou minúsculos "órgãos" encontrados nas células dos eucariotos, que incluem plantas, humanos e outros animais. Embora sejam encontrados em muitos tipos diferentes de bactérias, onde ajudam a realizar uma infinidade de reações, ainda são relativamente novos para a ciência. Foi preciso o advento da microscopia eletrônica de alta resolução e do sequenciamento de genes acessível para os pesquisadores perceberem o quão difundidos e versáteis são esses compartimentos, explicou Kerfeld.

Trabalhando com pesquisadores do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular de Plantas, os pesquisadores da Spartan reforçaram essa versatilidade. Eles mostraram como os cientistas podem criar versões desses compartimentos que não são encontrados na natureza.

"Podemos pegar a arquitetura do compartimento e colocar em um tipo totalmente novo de reação", disse Kerfeld. “Esta estratégia pode ser aplicada de muitas maneiras diferentes para muitos usos diferentes, mesmo usos que não são compatíveis com bactérias”.

"Acho que essa é a maior conquista", disse Kirst. "Demos um grande passo para fazer uma organela bacteriana sintética." + Explorar mais

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