A química encontra a biologia: controlo das membranas celulares artificiais através da catálise
Os investigadores desenvolvem uma plataforma artificial baseada em metaloenzimas que permite o controlo programável do comportamento de membranas artificiais
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Utilizando a química catalítica, os investigadores do Instituto de Ciências de Tóquio conseguiram um controlo dinâmico das membranas artificiais, permitindo um comportamento de membrana semelhante ao da vida. Ao utilizar uma metaloenzima artificial que realiza uma reação de metátese de fecho de anel, a equipa induziu o desaparecimento de domínios separados por fases, bem como a divisão de membranas em membranas artificiais, imitando o comportamento dinâmico das membranas biológicas naturais. Esta investigação transformadora constitui um marco nas tecnologias de células sintéticas, abrindo caminho para avanços terapêuticos inovadores.
Membranas celulares artificiais programáveis controladas por uma reação química catalítica
As membranas biológicas são estruturas fundamentais que formam os limites de todas as células vivas, controlando a forma como as células comunicam, crescem e respondem ao seu ambiente. Estas membranas são compostas por diferentes moléculas, como lípidos e proteínas, que se organizam numa camada membranar. Em determinadas circunstâncias, as moléculas agrupam-se em regiões funcionais locais que regulam processos biológicos específicos. Estas regiões agrupadas são conhecidas como domínios separados por fases e são distintas da membrana circundante.
A compreensão e a reprodução dos comportamentos dinâmicos destas regiões há muito que fascinam os cientistas que pretendem construir células artificiais que se comportem como células naturais. No entanto, uma vez que a maioria dos modelos de membranas artificiais permanece estática, reproduzir estas propriedades adaptativas das membranas biológicas tem sido um grande desafio até agora. Para responder a este desafio, investigadores do Instituto de Ciências de Tóquio (Science Tokyo), Japão, e da Universidade de Basileia, Suíça, desenvolveram em conjunto uma nova estratégia química para controlar o comportamento das membranas celulares artificiais.
O estudo foi liderado pelo Professor Kazushi Kinbara e pelo estudante de doutoramento Rei Hamaguchi da Escola de Ciências e Tecnologias da Vida, Science Tokyo, Japão, em colaboração com o Professor Thomas R. Ward da Universidade de Basileia, Suíça. As descobertas foram disponibilizadas online a 15 de outubro de 2025 e publicadas no volume 147, número 43 do Journal of the American Chemical Society a 29 de outubro de 2025.
Para dar vida às membranas, os investigadores começaram por construir pequenas estruturas artificiais semelhantes a células, denominadas vesículas lipídicas. Em seguida, os investigadores construíram um catalisador híbrido conhecido como metaloenzima artificial (ArM) - uma combinação de uma proteína biológica estreptavidina (Sav) e um catalisador metálico sintético (complexo metálico de ruténio) com uma porção de biotina (vitamina B7). Esta enzima actua como um catalisador na membrana, realizando uma reação química crítica conhecida como metatese de fecho em anel (RCM).
Para fixar o catalisador ArM à superfície da membrana lipídica, a equipa também incorporou um tipo especial de lípido marcado com biotina na membrana, que actuou como uma âncora para o catalisador.
"Quando desencadeado por precursores de ácidos gordos, o sistema ArM liberta ácidos gordos livres através da RCM", explica Kinbara. "Estes ácidos gordos deslizam para a membrana, alterando subtilmente a sua estrutura e conduzindo ao comportamento dinâmico da membrana".
As simulações moleculares revelaram mecanismos-chave subjacentes a estas transformações. Os precursores de ácidos gordos inactivos e enjaulados foram primeiro activados pelo catalisador ArM através da reação RCM. Esta reação desbloqueia os precursores de ácidos gordos enjaulados, libertando ácidos gordos livres perto da membrana. Os ácidos gordos libertados inserem-se naturalmente na superfície da membrana, alterando a sua rigidez e curvatura, o que, por sua vez, conduz a transformações visíveis, como o desaparecimento de domínios separados por fases e a divisão da membrana.
"É um pouco como dar a uma membrana sintética a capacidade de respirar e reagir", diz Kinbara. "Ao controlar uma reação química na superfície da membrana, podemos fazer com que ela se reorganize, tal como acontece com uma célula viva".
A descoberta marca a primeira tentativa de programar quimicamente o comportamento físico de membranas artificiais, preparando o terreno para a criação de materiais semelhantes à vida que podem sentir e responder ao seu ambiente. A descoberta não só faz avançar a biologia sintética, como também introduz um modelo para a criação de membranas artificiais programáveis que poderão inspirar futuras inovações terapêuticas - colmatando o fosso entre a química e a vida.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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