Bioengenheiros desenvolvem roteiro de montagem de proteínas para nanobolhas derivadas da natureza

No que diz respeito a equipamentos aquáticos, flutuadores não são exatamente de alta tecnologia. Mas as pequenas bolhas cheias de ar que alguns microrganismos usam como dispositivos de flutuação quando competem por luz na superfície da água são uma história diferente.

Conhecidas como vesículas de gás (GVs), as bolhas de tamanho micrométrico são muito promissoras para uma série de aplicações biomédicas, incluindo imagens, sensoriamento, manipulação e rastreamento celular e muito mais. O problema é que os pesquisadores ainda não sabem como fazer variedades de GV clinicamente úteis no laboratório.

Os bioengenheiros da Rice College criaram agora um roteiro mostrando como um grupo de proteínas interagem para dar origem à casca nanométrica das bolhas. Ao desembaraçar alguns dos processos moleculares complexos que ocorrem durante a montagem do GV, o bioengenheiro da Rice George Lu e sua equipe no Laboratory for Artificial Macromolecular Assemblies estão agora um passo mais perto de desbloquear novos diagnósticos e terapêuticas poderosos com base nessas estruturas naturais.

“GVs são essencialmente pequenas bolhas de ar, então elas podem ser usadas junto com ultrassom para tornar visíveis coisas dentro de nossos corpos, como câncer ou partes específicas do corpo”, disse Manuel Iburg, pesquisador de pós-doutorado da Rice e autor principal de um estudo publicado em O Jornal EMBO. “No entanto, os GVs não podem ser feitos de uma forma tubo de ensaio ou em uma linha de montagem, e não podemos fabricá-los do zero.”

A família de GVs inclui alguns dos menores bolhas já feitase podem subsistir por meses. Sua estabilidade por períodos mais longos se deve em grande parte à estrutura especial de sua casca de proteína, que é permeável a moléculas individuais de água e gás, mas tem uma superfície interna altamente repelente à água — daí a capacidade das GVs de manter o gás mesmo quando submersas. E, diferentemente das nanobolhas sintéticas, que são abastecidas com gás de fora, as GVs aproveitam o gás do líquido ao redor.

A habitação aquática bactérias fotossintéticas que usam GVs para flutuar mais perto da luz photo voltaic têm genes específicos que codificam as proteínas que compõem essa concha especial. No entanto, apesar de saber exatamente como as pequenas bolhas se parecem e até mesmo por que elas tendem a se agrupar juntos, os pesquisadores ainda precisam descobrir as interações de proteínas que permitem o processo de montagem das estruturas. Sem alguma visão sobre o funcionamento dessas proteína blocos de construção, os planos para implantação de GVs projetados em laboratório em aplicações médicas devem ser colocados em espera.

Para resolver o problema, os pesquisadores se concentraram em um grupo de 11 proteínas que sabiam que faziam parte do processo de montagem e descobriram um método para rastrear como cada uma delas, por sua vez, interage com as outras dentro das células-mãe vivas.

“Tivemos que ser extremamente minuciosos e verificar constantemente se nossas células ainda estavam produzindo GVs”, disse Iburg. “Uma das coisas que aprendemos é que algumas das proteínas GV podem ser modificadas sem muita dificuldade.”

Os pesquisadores usaram esse perception para adicionar ou subtrair certas proteínas GV enquanto realizavam os testes, o que lhes permitiu descobrir que as interações entre algumas das proteínas exigiam ajuda de outras proteínas para se desdobrarem adequadamente. Eles também verificaram se essas interações individuais mudavam ao longo do processo de montagem da GV.

“Por meio de muitas dessas permutações e iterações, criamos um roteiro mostrando como todas essas diferentes proteínas têm que interagir para produzir um GV dentro da célula”, disse Iburg. “Aprendemos com nossos experimentos que esse roteiro de interações de GV é muito denso, com muitos elementos interdependentes. Algumas das proteínas GV formam sub-redes que parecem desempenhar uma função menor no processo geral, algumas precisam interagir com muitas das outras partes do sistema de montagem e algumas mudam suas interações ao longo do tempo.”

“Acreditamos que os GVs têm grande potencial para serem usados ​​em diagnósticos novos, rápidos e confortáveis ​​baseados em ultrassom ou mesmo opções de tratamento para pacientes”, disse Lu, professor assistente de bioengenharia na Rice e acadêmico do Most cancers Prevention and Analysis Institute of Texas (CPRIT). “Nossas descobertas também podem ajudar pesquisadores a desenvolver GVs que permitam que tratamentos existentes se tornem ainda mais precisos, convenientes e eficazes.”