Os cientistas aproveitaram o potencial das bactérias para ajudar a construir células sintéticas avançadas que imitam a funcionalidade da vida real.
A pesquisa, liderada pela Universidade de Bristol e publicada hoje na Naturezafaz progressos importantes na implantação de células sintéticas, conhecidas como protocélulas, para representar com mais precisão as composições complexas, estrutura e função das células vivas.
Estabelecer funcionalidades realistas em protocélulas é um grande desafio global que abrange vários campos, desde biologia sintética ascendente e bioengenharia até pesquisas sobre a origem da vida. Tentativas anteriores de modelar protocélulas usando microcápsulas falharam, então a equipe de pesquisadores se voltou para as bactérias para construir células sintéticas complexas usando um processo de montagem de material vivo.
O professor Stephen Mann, da Escola de Química da Universidade de Bristol, e o Max Planck Bristol Center for Minimal Biology, juntamente com os colegas Drs. abordagem para a construção de protocélulas altamente complexas usando micro-gotículas viscosas preenchidas com bactérias vivas como um canteiro de obras microscópico.
Na primeira etapa, a equipe expôs as gotículas vazias a dois tipos de bactérias. Uma população foi capturada espontaneamente dentro das gotas enquanto a outra foi capturada na superfície da gota.
Em seguida, ambos os tipos de bactérias foram destruídos para que os componentes celulares liberados permanecessem presos dentro ou na superfície das gotículas para produzir protocélulas bacteriogênicas revestidas por membrana contendo milhares de moléculas biológicas, peças e máquinas.
Os pesquisadores descobriram que as protocélulas eram capazes de produzir moléculas ricas em energia (ATP) via glicólise e sintetizar RNA e proteínas por expressão gênica in vitro, indicando que os componentes bacterianos herdados permaneceram ativos nas células sintéticas.
Testando ainda mais a capacidade dessa técnica, a equipe empregou uma série de etapas químicas para remodelar estrutural e morfologicamente as protocélulas bacteriogênicas. O DNA bacteriano liberado foi condensado em uma única estrutura semelhante a um núcleo, e o interior da gotícula foi infiltrado com uma rede semelhante ao citoesqueleto de filamentos de proteína e vacúolos de água delimitados por membrana.
Como um passo para a construção de uma entidade celular sintética/viva, os pesquisadores implantaram bactérias vivas nas protocélulas para gerar produção autossustentável de ATP e energização de longo prazo para glicólise, expressão gênica e montagem do citoesqueleto. Curiosamente, as construções proto-vivas adotaram uma morfologia externa semelhante a uma ameba devido ao metabolismo e crescimento bacteriano no local para produzir um sistema biônico celular com propriedades integradas semelhantes à vida.
O autor correspondente, Professor Stephen Mann, disse: “Alcançar alta complexidade organizacional e funcional em células sintéticas é difícil, especialmente em condições próximas do equilíbrio. Esperamos que nossa abordagem bacteriogênica atual ajude a aumentar a complexidade dos modelos atuais de protocélulas, facilite a integração de uma miríade de componentes biológicos e permitem o desenvolvimento de sistemas citomiméticos energizados.”
O primeiro autor, Dr. Can Xu, pesquisador associado da Universidade de Bristol, acrescentou: “Nossa abordagem de montagem de material vivo oferece uma oportunidade para a construção de baixo para cima de construções de células vivas/sintéticas simbióticas. Por exemplo, usando bactérias modificadas, deve ser possível fabricar módulos complexos para desenvolvimento nas áreas diagnóstica e terapêutica da biologia sintética, bem como na biofabricação e biotecnologia em geral.”