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EXPLORANDO A PRIMEIRA CÉLULA ARTIFICIAL COM ORGANELAS FUNCIONAIS

EXPLORANDO A PRIMEIRA CÉLULA ARTIFICIAL COM ORGANELAS FUNCIONAIS

Fernanda Maria Policarpo Tonelli, Rodrigo R Resende

Vol. 1, N. 7, 20 de fevereiro de 2014
http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2014.02.20.005

A síntese bem sucedida da primeira célula artificial com organelas funcionais foi comunicada ao mundo no início deste ano de 2014. O professor Jan van Hest e seu grupo de pesquisa a obtiveram na universidade Holandesa: Radboud University Nijmegen. Mas, é uma célula viva e real mesmo? Como foi “criada” essa célula funcional? Esta célula obtida se assemelha à célula eucariótica, a qual iremos primeiramente abordar.

A célula eucariótica

Primeiro, vamos definir o que é uma célula. O termo célula (do grego kytos = cela; do latim cella = espaço vazio) representa um espaço delimitado por uma membrana. As células podem ser procarióticas, quando seu material genético não está envolto por outra membrana formando um núcleo; ou eucaritóticas, quando seu material genético está envolvido por outra membrana, formando o envoltório nuclear, ou núcleo. Todas as células eucarióticas possuem organelas dentro delas. Essas organelas são pequenos espaços delimitados por membranas que permitem que tenham funções específicas dentro das células. Por exemplo, imagine uma casa, essa seria a célula, e sua membrana externa são as paredes externas da casa. Os quartos, banheiros, cozinha, etc. seriam as organelas, que estão delimitadas dentro das paredes de cada cômodo da casa, tendo cada um sua função.

Células eucarióticas são aquelas que, por exemplo, formam nosso corpo (Figura 1).

Uma das mais importantes características da célula eucariótica, obtida durante o processo evolutivo, é a compartimentalização. Isto significa que neste tipo celular, o material genético se encontra circundado por um envoltório que o armazena (ou seja, estas células possuem núcleo), e que existem diversos outros compartimentos no interior celular: as organelas.

Qual a importância desta compartimentalização? A compartimentalização permite um grau maior de organização celular e controle do metabolismo, ou seja: contribui para que se possa determinar em que local e em que momento cada reação deve ocorrer no interior de cada célula (1). Esta foi uma das características que permitiu o surgimento e manutenção de seres com maior grau de complexidade em seu organismo, como nós seres humanos.

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Figura 1: Representação esquemática de uma célula eucariótica e alguns de seus compartimentos envoltos por membrana: núcleo, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, lisossomo e mitocôndria.

Assim, é possível que em uma célula eucariótica cada organela contenha um determinado conjunto específico de enzimas, que atuam em determinadas tipos específicos de reações químicas, e que este conjunto possa ser diferente do possuído por outras organelas.

A célula artificial com organelas funcionais

A célula artificial foi criada a partir de polímeros plásticos derivados do poliestireno e polibutadieno (Figura 2). Um polímero é várias moléculas ou blocos ligados uma a outra.

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Figura 2: Polímero é várias moléculas ligadas uma a outro. O monômero é uma unidade, ou uma molécula. Polímero de poliestireno acima. E polímero de polibutadieno abaixo.

Os cientistas primeiramente inseriram no interior de esferas de derivado do poliestireno, duas diferentes enzimas separadamente: a álcool desidrogenase (ADH) (uma enzima que degrada o álcool, a mesma que degrada o álcool contido em bebida alcóolica, em outra oportunidade iremos escrever sobre a ressaca alcóolica) e a Candida antarctica lipase B (CalB) (uma enzima que quebra os lipídeos) (Figura 3). Desta maneira, geraram nanoreatores que mimetizavam as organelas celulares.

Em seguida, inseriram em esferas maiores, geradas do derivado do polibutadieno, as “organelas” recém-criadas contendo as enzimas ADH ou CalB, além da enzima fenil acetona monooxigenase (PAMO), e das substâncias nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADPH) e um substrato profluorescente (que emite luz quando é metabolizado, ou ativado) (2) (Figura 3).

Assim sendo, PAMO, NADPH e o substrato ficaram dispersos no “citoplasma” da célula artificial (Figura 3), assemelhando às organelas e citoplasma de uma célula eucariótica (Figura 1).

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Figura 3: Esquema de montagem da célula artificial; adaptado de (2). Veja o texto acima para maior explicação.

Os pesquisadores então observaram a célula artificial obtida. Eles somente seriam capazes de identificar fluorescência, caso ocorresse uma série de reações químicas envolvendo tanto a enzima livre PAMO, em contato direto com o substrato profluorescente no “citoplasma”, como as enzimas compartimentalizadas nas “organelas”: ADH e CalB.

O substrato profluorescente não emite luz, somente quando é ativado ou metabolizado pelas enzimas, PAMO, NADPH, CalB, ADH e NAD+, tornando-se fluorescente, ou que emite luz.

Caso a reação química em etapas, tendo como substância de partida o substrato profluorescente, se processasse de acordo com o esquema de reação da Figura 4, seria possível se provar que a célula artificial gerada é funcional. Ou seja, que ela é capaz de realizar diferentes etapas de reações em cascata em diferentes compartimentos, semelhante ao que ocorre em uma célula eucariótica real.

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Figura 4: Etapas de reação em cascata de conversão do substrato profluorescente inicial (identificado por 1) em um produto final fluorescente (identificado por 5) e, portanto identificável pela fluorescência emitida. Obtido de (2).

Foi então possível a detecção de fluorescência, e esta estava principalmente localizada nas “organelas” contendo ADH (enzima que realiza a última etapa catalisada das reações em cascata): local de síntese do produto fluorescente. Desta maneira provou-se a funcionalidade da célula artificial.

Qual a importância da geração da célula eucariótica artificial com organelas funcionais?

A geração da célula artificial funcional é de extrema importância para que se realizem estudos de processos que ocorrem no interior de células (reações e interações entre diferentes vias, por exemplo).

Além disso, a obtenção desta célula mimética possibilita que, em um sistema de arquitetura multicompartimentalizada não apenas se investigue processos e reações, mas que também se realizem sínteses de produtos de interesse; ou seja, que a célula artificial possa ser usada como um microrreator. As possibilidades advindas deste microrreator são inúmeras, desde a produção de combustível até a produção de açúcar e outros alimentos. O que poderia acabar com o problema de produção de energia em hidrelétricas e exploração de petróleo.

 Referências bibliográficas:

1. Chen AH, Silver PA. Designing biological compartmentalization. Trends Cell Biol. 2012;22:662–70.

2. Peters RJRW, Marguet M, Marais S, Fraaije MW, van Hest JCM, Lecommandoux S. Cascade Reactions in Multicompartmentalized Polymersomes. Angew Chem Int Ed. 2014;53:146 –50.

Glossário:

Enzima: moléculas, na maior parte das vezes proteínas (como no presente caso), com a capacidade de catalisar reações químicas; ou seja, capazes de aumentar a velocidade de reações químicas sem serem consumidas durante este processo.

Substrato: composto químico que é submetido à reação catalisada por enzima.

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  • 1
  1. disse:

    Ótima postagem! Me ajudou bastante numa pesquisa.

    18/abril/2016 ás 18:34

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