RNA origami: Citoesqueletos artificiais para a construção de células sintéticas
Investigadores criam nanotubos que são dobrados a partir da biomolécula natural ARN
Com o objetivo a longo prazo de criar células vivas a partir de blocos de construção não vivos, a biologia sintética está a trabalhar com o RNA origami. Esta ferramenta utiliza a multifuncionalidade da biomolécula natural ARN para a dobrar em novos blocos de construção, tornando supérflua a síntese de proteínas. Uma equipa de investigação liderada pelo Prof. Dr. Kerstin Göpfrich do Centro de Biologia Molecular da Universidade de Heidelberg ultrapassou um importante obstáculo no caminho para as células artificiais: Utilizando esta nova técnica de RNA origami, conseguiram produzir nanotubos que se dobram em estruturas semelhantes a citoesqueletos. O citoesqueleto é um elemento estrutural essencial das células que lhes confere estabilidade, forma e mobilidade. O trabalho de investigação constitui a base potencial para uma maquinaria de ARN mais complexa.
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Um dos principais desafios na construção de células sintéticas é a produção de proteínas, que são responsáveis por quase todos os processos biológicos no organismo e, por conseguinte, tornam a vida possível. Para as células naturais, o chamado dogma central da biologia molecular descreve como a síntese de proteínas ocorre através da transcrição e tradução da informação genética na célula. Neste processo, o ADN é transcrito em ARN e depois traduzido em proteínas funcionais, que têm de se dobrar para manter a sua estrutura correta e, consequentemente, a sua funcionalidade. "Só neste processo complexo estão envolvidos mais de 150 genes", explica a Prof.ª Göpfrich, que investiga com o seu grupo de investigação Biophysical Engineering of Life no Centro de Biologia Molecular da Universidade de Heidelberg (ZMBH).
O trabalho da Professora Göpfrich aborda a questão de como as células sintéticas podem ser criadas sem a síntese de proteínas que é essencial para as células vivas: Utiliza a técnica de origami de ARN, que se baseia na ideia de que a informação genética - por exemplo, o modelo para a estrutura celular - é implementada apenas com a ajuda de ARN auto-dobrável. Uma sequência de ADN é primeiro concebida num processo assistido por computador. Esta codifica a forma que o ARN deve assumir depois de se dobrar. Para se aproximar da estrutura desejada, é necessário selecionar motivos de ARN adequados e traduzi-los para um modelo genético, que é depois sintetizado como um gene artificial. A RNA polimerase está envolvida na conversão do modelo que contém. A enzima lê a informação armazenada no modelo e forma o componente de ARN correspondente. Algoritmos previamente desenvolvidos asseguram que a dobragem planeada ocorre corretamente.
Com a ajuda do origami de ARN, a bióloga molecular de Heidelberg e a sua equipa conseguiram produzir um componente essencial para as células sintéticas - um citoesqueleto artificial. Os nanotubos de ARN, que têm apenas alguns micrómetros de comprimento, formam uma rede que se assemelha a um andaime celular natural. Segundo o Prof. Göpfrich, são mais um passo no caminho para as células sintéticas. Os investigadores testaram o origami de ARN numa vesícula lipídica, um sistema simples de modelo celular muito utilizado em biologia. Utilizando os chamados aptâmeros de ARN, o citoesqueleto artificial foi ancorado às membranas celulares. Ao induzir mutações específicas no modelo genético - a sequência de ADN - foi também possível influenciar as propriedades dos esqueletos de ARN.
"Ao contrário do origami de ADN, a vantagem do origami de ARN é que as células sintéticas podem produzir os seus próprios blocos de construção", sublinha Kerstin Göpfrich. Segundo a investigadora, este facto pode abrir novas perspectivas para a evolução dirigida destas células. O objetivo a longo prazo do trabalho de investigação é criar uma maquinaria molecular completa para células sintéticas baseadas em ARN.
O trabalho de investigação atual faz parte de uma ERC Starting Grant atribuída ao Prof. Göpfrich pelo Conselho Europeu de Investigação. Foram também financiados no âmbito do programa científico "Human Frontier Science", bem como pelo Ministério Federal da Educação e Investigação, pelo Ministério da Ciência de Baden-Württemberg no âmbito da Estratégia de Excelência dos Governos Federal e Estatal e pelo Prémio Alfried Krupp. Os resultados da investigação foram publicados na revista científica "Nature Nanotechnology".
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