Duas peças para criar forma de vida artificial estão prontas

Mitocôndria artificial

Seis institutos de pesquisa estão colaborando no consórcio BaSyc (Building a Synthetic Cell, ou Construindo uma Célula Sintética) para fabricar os elementos necessários para construir uma célula sintética.

A equipe do professor Poolman tem trabalhado na conversão de energia, tentando replicar as mitocôndrias, as “fábricas de energia” das células biológicas. Elas usam a molécula ADP para produzir ATP, que é o “combustível” padrão que as células precisam para funcionar. Quando o ATP é convertido de volta em ADP, a energia é liberada e usada para conduzir outros processos.

“Em vez de centenas de componentes de mitocôndrias, nosso sistema de conversão de energia usa apenas cinco,” detalhou ele. “Nós nos propusemos a simplificá-lo o máximo possível. Isso pode soar estranho, pois a evolução fez um ótimo trabalho na produção de sistemas funcionais. No entanto, a evolução é uma via de mão única, ela se baseia em componentes existentes e isso frequentemente torna o resultado muito complexo.”

Os cinco componentes foram colocados dentro de vesículas, pequenos sacos semelhantes a células, que podem absorver ADP, bem como o aminoácido arginina do fluido circundante. A arginina é “queimada” (desaminada) e, assim, fornece a energia para produzir ATP, que é secretado pela vesícula.

“É claro que a simplificação tem um preço: só podemos usar arginina como fonte de energia, enquanto as células usam todos os tipos de moléculas diferentes, como aminoácidos, gorduras e açúcares,” comentou Poolman. Contudo, uma réplica artificial pode ser projetada com um resultado específico em mente.

Para usar a energia, a equipe projetou uma segunda vesícula, que absorve o ATP secretado e o utiliza para induzir uma reação. A energia é fornecida transformando o ATP de volta em ADP, que é então secretado e pode ser absorvido pela primeira vesícula, fechando o ciclo. Esse ciclo de produção e uso de ATP é a base do metabolismo em todas as célula viva e conduz a “maquinaria” para reações que consomem energia, como crescimento, divisão celular, síntese de proteínas, replicação de DNA e muito mais.

O segundo módulo criado pela equipe é um pouco diferente: Uma vesícula na qual um processo químico faz com que o interior acumule uma carga negativa e, com isso, forme um potencial elétrico, semelhante ao de um circuito eletrônico.

O potencial elétrico é usado para acoplar o movimento de carga ao acúmulo de nutrientes dentro da vesícula, que é realizado por transportadores. Essas proteínas na membrana da vesícula funcionam de modo parecido com uma roda d’água: Prótons carregados positivamente “fluem” através dela, de fora da vesícula para o interior, que está carregado negativamente. Esse fluxo aciona o transportador, que neste caso captura uma molécula de açúcar, a lactose.

Este também é um processo muito comum em células vivas, exigindo muitos componentes que a equipe imitou com apenas duas peças.

Para exemplificar a praticidade do sistema, usando efetivamente a lactose, os pesquisadores precisaram adicionar apenas três enzimas para oxidar o açúcar e produzir a coenzima NADH. “Essa molécula auxiliar desempenha um papel essencial no funcionamento adequado de todas as células,” explicou Poolman. “E, adicionando a produção de NADH, mostramos que é viável expandir o sistema.”

Ter um equivalente sintético simplificado de duas características-chave da vida é importante, mas muitos outros passos precisam ser integrados para formar uma célula sintética que cresça e se divida autonomamente. “O próximo passo que queremos dar é adicionar nossos sistemas de produção de energia metabólica a um sistema de divisão celular sintético criado por colegas,” disse Poolman.