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Engenheiros
conseguem obter comunicação artificial entre células
Da Universidade da Califórnia
Engenheiros da Universidade da Califórnia descobriram uma
maneira de alterar o metabolismo das células, permitindo a elas
se comunicar artificialmente entre si, de acordo com um estudo
publicado esta semana pela revista científica "Proceedings
of the National Academy of Sciences". Se as células forem
capazes de se comunicar dessa maneira, dizem os pesquisadores, ação
celular coordenada é possível. Células agindo em uníssono
poderiam, por exemplo, ser instruídas a criar quantidades maiores
de um composto químico a ser empregado, mais tarde, na fabricação
de produtos químicos ou farmacêuticos.
"Comportamento biológico coordenado é certamente mais fácil
de obter se as células puderem se comunicar", disse James
Liao, co-autor do estudo e professor de engenharia química na
Escola Henry Samueli de Engenharia e Ciências Aplicadas da
universidade. "É um passo importante em direção a um meio
de base biológica para produzir compostos químicos dotados das
propriedades desejadas".
O estudo descreve a construção de um circuito gene-metabólico
que imita um mecanismo natural empregado pelas células para
"conversar" umas com as outras. Nas experiências da
Universidade da Califórnia em Los Angeles, células da bactéria Escherichia
coli enviaram sinais por meio de secreções de acetato, e
reagiram de maneira coordenada assim que o acetato atingiu um nível
determinado de concentração.
A pesquisa de Liao é parte de um campo conhecido como engenharia
metabólica, que envolve alterar o metabolismo das células,
inclusive das reações bioquímicas e de todos os circuitos de
controle a elas associados, de modo que a célula possa executar
funções que não lhe são naturais, como a produção de um
componente químico específico, trabalhar como sensor ou até
mesmo funcionar como ferramenta de diagnóstico.
Circuitos genéticos artificiais que se assemelham aos circuitos
naturais de uma célula já foram projetados por pesquisadores, e
resultaram em variantes de bactérias que exibiam um comportamento
programado. Mas essas redes criadas artificialmente ficam isoladas
do metabolismo celular e têm por objetivo funcionar sem comunicação
intercelular. De acordo com o estudo de Liao, sistemas biológicos
muito mais complexos e planejados sob medida seriam possíveis
caso as células sofram alterações genéticas que lhes permitam
comunicação umas com as outras.
"Comportamento celular sincronizado pode conduzir à fabricação
de produtos químicos empregando recursos renováveis e processos
favoráveis ao meio ambiente", disse Liao. "A maior
parte dos produtos químicos atuais tem base no petróleo. Nas próximas
décadas, o objetivo seria substituir os produtos químicos
baseados no petróleo por produtos químicos de base biológica".
A Cargill-Dow, Dupont e outras grandes empresas químicas já estão
desenvolvendo e produzindo componentes químicos essenciais por
meio da engenharia metabólica, diz Liao.
Ele desenvolveu um mecanismo artificial, que permite que as células
usadas para esse estudo secretem níveis reduzidos de acetato o
tempo todo, transformando cada célula em um sensor artificial que
alerta as células vizinhas quanto à sua presença.
"Estamos imitando o mecanismo natural que as células
empregam para se comunicar em condições primárias", disse
Liao. "Por exemplo, se um determinado patógeno secreta um
determinado produto químico, mais ou menos como os animais
secretam feromônios, quando um patógeno percebe a presença de
um determinado nível desse produto químico em patógenos
semelhantes, e próximos, ele reage atacando o hospedeiro. Os patógenos
agem como soldados que esperam por reforços antes de entrar em
combate".
Alterar o metabolismo das células é uma abordagem de base biológica
que pode ser usada para criar compostos químicos que mais tarde
seriam usados na produção de plásticos ou bens farmacêuticos.
Por exemplo, o ácido láctico e outros monômeros usados em plásticos
poderiam ser produzidos de maneira mais natural por meio da
engenharia metabólica. A construção de componentes químicos
por meio do uso de células bacterianas, em lugar de moléculas de
combustíveis fósseis não renováveis, como o petróleo, é
menos prejudicial ao meio ambiente e oferece uma melhor relação
custo/benefício.
A universidade está envolvida na pesquisa de engenharia metabólica
há muitos anos. Em 2000, Liao publicou um estudo que descrevia a
criação de um controle de circuito para dirigir o fluxo metabólico
de uma célula. O estudo publicado esta semana evoluiu do trabalho
anterior.
"A abordagem anterior não permitia que as células se
comunicassem entre si", disse Liao. "Para permitir que a
célula produza os componentes químicos desejados de maneira
efetiva, as células precisam se coordenar a fim de produzir
simultaneamente um grande volume de um componente".
As pesquisas desenvolvidas pela universidade podem conduzir a
novas aplicações.
"A comunicação entre células torna possível o projeto de
biocircuitos inteligentes", disse Liao. "Os biocircuitos
possibilitarão funções de computação especializadas e, em
longo prazo, poderiam ser usados para a produção de próteses e
medicamentos inteligentes".
Tradução: Paulo
Migliacci
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