Pesquisadores criam enzima totalmente artificial e capaz de sustentar a vida

Publicado recentemente na Nature Chemical Biology, um estudo detalhou como pesquisadores da Universidade de Princeton, EUA, conseguiram criar uma proteína funcional a partir do zero. É mais um grande passo para um campo científico que vem crescendo bastante nos últimos anos: a busca por um, genuinamente, novo organismo, a partir de blocos sintéticos da vida.

O pesquisador Michael Hecht e o seu time de colaboradores estão há alguns anos projetando e construindo proteínas que podem se dobrar e assumir estruturas terciárias e quartenárias, e as quais podem imitar os processos químicos que sustentam a vida. As proteínas artificiais criadas estavam sendo codificadas por genes (1) artificiais, e possuindo aproximadamente 100 aminoácidos de comprimento, a partir da combinação de várias arranjos de 20 aminoácidos.

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Entre as proteínas criadas, o time de pesquisa do Hecht agora confirmou que uma delas consegue, de fato, catalizar reações biológicas, ou seja, isso significa que uma proteína totalmente artificial consegue atuar em células vivas como uma genuína enzima!

As enzimas são a chave da biologia, porque, sem elas, reações bioquímicas demorariam tempo demais para ocorrerem, destruindo completamente a possibilidade de vida. As enzimas são catalisadores químicos, estes os quais são substâncias química - orgânicas ou inorgânicas - que não participam da reação como produto final, apenas acelerando o alcance do equilíbrio químico reacional (aumenta a velocidade da reação). Os catalisadores podem estar presentes em baixa ou alta quantidade no sistema reacional, mas não são consumidos no final - podendo até reagir, mas devendo ser recuperados no final.

Cada passo biológico possui uma enzima acompanhando, a qual é um catalisador representado por uma proteína. Essa proteína fornece um local de encaixe perfeito para determinados reagentes se encontrem mais facilmente, acelerando a reação bioquímica de interesse. As enzimas são os melhores catalisadores que hoje conhecemos, já que a Evolução Biológica (2) atuou por bilhões de anos para selecioná-los na natureza. Essas proteínas especias podem aumentar a velocidade de uma reação por várias ordens de magnitude.

As proteínas sendo testadas no laboratório de Hecht estavam sendo testadas em bactérias Escherichia coli, mas demorou um bom tempo até os pesquisadores envolvidos descobrissem qual a função das novas proteínas nas células bacterianas - via deleção de genes específicos. Até que uma das colaboradoras - e autora principal do novo estudo - conseguiu finalmente determinar que a proteína artificial Syn-F4, de fato, era uma enzima.

Segundo demonstrado pela pesquisadora, a Syn-F4 estava fazendo o papel da enzima Fes na E. coli, a qual é responsável pelo aproveitamento de ferro coletado através das moléculas enterobactinas (capazes de 'agarrarem' íons ferro de diversas fontes). Sem ferro, os organismos em sua grande maioria não sobrevivem. Quando os pesquisadores deletaram os genes responsáveis pela Fes, mas mantiveram a sequência genética artificial responsável pela Syn-F4, as bactérias da E. coli continuaram sendo capazes de aproveitar normalmente o ferro contido nas enterobactinas e agora com o suporte da nova enzima artificial!

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Esse novo avanço possui várias implicações importantes. Em indústrias de biotecnologia, geralmente enzimas já existentes na natureza são utilizadas para importantes sínteses em larga escala. Com a capacidade de em meses produzir uma proteína catalisadora que demorou bilhões ou milhões de anos para surgir nos seres vivos, pode-se planejar a construção de diversas enzimas sem limitações ou dependência de seres vivos já existentes, podendo-se até mesmo melhorar algumas enzimas naturais.

Além disso, isso abre as portas para a construção de organismos completamente ou quase que completamente artificiais. Dos cerca de 4 mil genes da E. coli, os pesquisadores conseguiram substituir com sucesso 0,1% dele com uma sequência genética artificial. Se as substituições alcançam de 10% a 20%, você já passa a ter não só uma E. coli "esquisitinha", mas um novo ser funcional. E isso sem contar os recentes avanços na síntese de bases nitrogenadas distintas e funcionais (1).


(1) Para melhor entender sobre o assunto, acesse: Brincando de Deus: Cientistas finalmente conseguiram expandir o alfabeto genético e agora estão criando novas formas de vida

(2) Você sabe o que é a Evolução Biológica? Acesse o artigo: Evolução Biológica é um FATO

Publicação do estudo: Nature

Referência adicional: Princeton University