Produção de Seda de Aranha

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Fazendo seda de aranha a partir de plantas de tabaco
As células vegetais superam as leveduras ou bactérias na produção de proteínas de seda de aranha,
aumentando a eficiência da produção.
Reconhecida por sua força, flexibilidade e compatibilidade com o tecido humano, a seda de aranha é um
material tentador para pesquisadores biomédicos. No entanto, apesar de suas propriedades incríveis,
obter uma fonte confiável e econômica da seda preciosa continua sendo uma barreira para seu uso
generalizado.
A natureza ferozmente territorial e canibalista dos aracnídeos torna a agricultura impossível. Embora a
biologia sintética tenha produzido seda de qualidade usando bactérias como Escherichia coli ou células
de levedura, a produção de seda de aranha permanece emaranhada em questões de escalabilidade.
Para cortar a teia de problemas, uma equipe de cientistas do Japão desenvolveu células de plantas de
tabaco que poderiam produzir seda de aranha, mas não foi até que eles investigaram uma seção das
proteínas da seda cuja função era desconhecida na época que o grupo descobriu uma maneira de
melhorar a qualidade e o rendimento da produção de proteína seda.
Fácil para aranhas, difícil para os cientistas
Na natureza, as aranhas produzem sem esforço e processam proteínas de seda chamadas espionas em
glândulas especializadas. Esses órgãos fornecem o ambiente químico preciso necessário para o animal
tecelar espionas na seda versátil.
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Fios de tecelagem artificial de proteínas produzidas por bactérias ou leveduras no laboratório se
mostraram incrivelmente difíceis. O uso de células vegetais para produzir espionas é visto como uma
solução potencial porque as células vegetais podem produzir proteínas de seda maiores, algo que as
bactérias e as leveduras lutam para fazer sem introduzir erros nas sequências de proteínas.
Uma dessas proteínas, chamada MaSp2, é essencial para as propriedades únicas da seda de aranha e
é mais propensa à auto-montagem, o que significa que se forma naturalmente nas fibras nano-
tamétricas que podem então ser artificialmente giradas juntas. O desafio para as plantas, no entanto, é
produzir o suficiente da proteína para ser comercialmente viável.
Tirando as espionas da célula
Keiji Numata, pesquisador da Universidade de Kyoto, no Japão, desenvolveu ao lado de seus
colaboradores células de plantas de tabaco modificadas que produzem MaSp2. Em seu artigo publicado
na revista Advanced Biology descrevendo seu novo sistema, os autores argumentam as vantagens do
uso de plantas, uma das quais é a capacidade de adaptar onde a produção da célula ocorrerá. Isso
permite que a equipe desenha proteínas de seda que as células vegetais secretarão na cultura celular.
Ter acesso às proteínas fora da célula torna o processamento mais fácil e eficiente. Os experimentos
iniciais mostraram resultados mistos, no entanto, como o rendimento de espionas produzidas pelas
células foi impressionante, mas apenas cerca de 10 a 15% estava escapando para a cultura.
Ao investigar essa questão, eles descobriram que uma seção da proteína chamada domínio C-terminal,
uma seção cuja função era anteriormente desconhecida, estava envolvida na montagem da proteína e
também na secreção.
“Nossa investigação mais aprofundada revelou um fato interessante de que o domínio C-terminal da
MaSp2 não apenas regula as interações intermoleculares para formar homodímeros, mas também
controla rigorosamente sua qualidade de proteína no citosol e na secreção da proteína MaSp2
recombinante através de vias secretoras de plantas”, escreveram os autores. Eles decidem tentar
remover esta seção da proteína e tentar os experimentos novamente.
Melhoria por subtração
As células vegetais que agora expressam a proteína MaSp2 encurtada secretaram muito mais da
proteína para a cultura, passando de 0,9 miligramas por litro até 2,8 mg / L a cada sete dias.
De acordo com o documento, “Essas descobertas demonstram uma melhoria significativa na produção
extracelular de biopolímeros recombinantes, como espionas de seda de aranha, usando células
vegetais”.
A equipe acredita que esta é uma valiosa prova de conceito sobre a utilidade dos sistemas de cultura de
células vegetais e que mais vantagens poderiam ser realizadas.
“Se pudermos usar o CO2 para cultivar células vegetais, a produção de células vegetais pode ser muito
interessante”, disse Numata. Por enquanto, as células ainda precisam de nutrientes fornecidos pelos
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pesquisadores, mas o grupo espera um dia produzir seda usando dióxido de carbono como única fonte
de energia.
Referência: Keiji Numata, et al., C-Terminal Controles de Domínio Proteína Qualidade e Sestão da Seda
de Aranha em Células do Tabaco, Biologia Avançada (2023). DOI: 10.1002/adbi.202300011
Retratos: Pierre Bamin em Unsplash
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