Clique em química usada para tecer seda de aranha personalizável

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Clique em química usada para tecer seda de aranha
personalizável
A química dos cliques gira a seda de aranha produzida por bactérias em uma maravilha biomédica,
prometendo inovações em fibra óptica, cicatrização de feridas e regeneração de tecidos.
Durante séculos, os agricultores de seda reinaram supremos, seus fios cobiçados colhidos de bichos-da-
seda, tornando-os a inveja do mundo antigo. Nos tempos modernos, a seda de aranha tornou-se um
material para a inveja devido às suas incríveis propriedades físicas - uma notável mistura de força e
flexibilidade.
Infelizmente, a replicação da produção de seda de aranha em grande escala que se assemelha a
fazendas históricas de bicho-da-seda provavelmente não acontecerá tão cedo. “Eu não acho que a
produção em massa de seda de aranha é realista”, explicou Fei Sun, pesquisador da Universidade de
Ciência e Tecnologia de Hong Kong. “Eu acho que a escalabilidade ainda é um grande problema.”
Segundo ele, criar aranhas em fazendas é irrealista devido à natureza agressiva e canibalística das
aranhas. No entanto, os avanços na biologia sintética estão permitindo que pesquisadores como a Sun
adaptem a seda de aranha para usos biomédicos que não exigem produção em larga escala.
Em um artigo publicado na revista Advanced Functional Materials, Sun e seus colegas descrevem um
novo método para produzir proteínas de seda de aranha em bactérias. Seu processo não é apenas
eficiente, mas também permite que eles equipam os fios com uma variedade de moléculas diferentes,
que melhorem os atributos naturais das sedas da aranha ou até interajam com os tecidos vivos.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202304143
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Uma rede de novas técnicas
Para criar “seda de aranha personalizável”, a equipe tece duas tecnologias genéticas e químicas. O
primeiro é o DNA recombinante, uma técnica de biologia sintética que permite aos pesquisadores isolar
e manipular genes específicos e até combiná-los com o genoma de outra espécie.
Com esta técnica, o Sol poderia adicionar genes de seda de aranha nas bactérias, Escherichia coli,
transformando as células bacterianas em fábricas de proteína de seda de aranha.
Em seguida, a equipe empregou um método relativamente novo do campo da química sintética chamado
química de cliques geneticamente codificados. Em suma, esta é uma técnica para conectar
eficientemente (ou “clicar” juntas) moléculas de proteína como os blocos de construção da Lego.
A equipe usou esse método para adicionar geneticamente uma tag na proteína da seda da aranha, que
serve como um ponto de fixação para outras moléculas de interesse que são rotuladas com uma
molécula receptora correspondente. Isso transforma a seda de aranha normal em um andaime que pode
ser revestido com todos os tipos de moléculas úteis.
Tópicos funcionais
Em dois experimentos separados, a equipe foi capaz de mostrar o poder desta nova tecnologia.
Primeiro, eles revestiam os fios de seda de aranha com uma enzima chamada silicateína. Esta enzima é
usada por esponjas marinhas para transformar o ácido silíco em sílica, uma estrutura de vidro que as
esponjas usam em seus corpos.
O resultado foi um híbrido orgânico-inorgânico de proteínas de seda de aranha revestidas na sílica
semelhante a um vidro. Isso não apenas provou que a equipe poderia modificar as proteínas da seda,
mas, de acordo com a Sun, “podemos ser capazes de converter isso em uma fibra óptica”.
Para demonstrar o potencial das proteínas da seda para usos biomédicos, a equipe revestiu as
proteínas da seda da aranha com moléculas conhecidas como ligantes de ligação celular. Como o nome
sugere, essas moléculas se ligam às superfícies das células e são usadas para uma variedade de
propósitos no corpo, como cicatrização de feridas e crescimento de tecidos.
Proteínas de seda de aranha revestidas com um dos dois ligantes diferentes foram usadas como
plataformas para cultura celular e, após 10 dias de crescimento, as sedas revestidas com ligantes foram
cobertas com mais células do que a seda não revestida. Não só isso, as células nas sedas revestidas de
ligantes cresceram de uma maneira mais alongada, assemelhando-se à forma como as células reais em
tecidos como o sistema vascular crescem e funcionam, mostrando que esses andaimes de seda
poderiam ser usados para curar feridas ou tecidos de crescimento.
Possibilidades sem fim
De acordo com Sun, esta é uma prova de conceito promissora. As proteínas da seda da aranha já são
desejáveis devido à sua força, tamanho pequeno e capacidade de resistir à degradação pelas enzimas e
proteínas do corpo. Além disso, vários relatos afirmam que as sedas não provocam o sistema
imunológico.
https://en.wikipedia.org/wiki/Click_chemistry
https://en.wikipedia.org/wiki/Click_chemistry
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Agora, com uma maneira eficiente de produzir sedas e transformá-las em andaimes personalizáveis, a
Sun acredita que os usos potenciais são limitados apenas pelos tipos de moléculas que podem anexar
às sedas. Felizmente, a IA avançada também está disponível para isso, disse Sun.
Programas poderosos de IA como o AlphaFold que prevêem como moléculas e proteínas se dobrarão,
funcionarão e se anexar permitem que o Sol visualize como uma proteína desejada se comportará nas
sedas e a melhor forma de colocá-la. Agora, em vez de fazer um palpite e executar experimentos para
ver se funciona, eles podem pensar sobre o resultado desejado e, em seguida, ver quais proteínas
podem funcionar para qualquer cenário.
Sun e seus colaboradores estão agora investigando usos específicos para as proteínas de seda
funcionalizadas, como uma plataforma para regenerar neurônios ou regenerar organoides. Para a Sun,
esses avanços são impulsionados pela nossa capacidade de procurar inspiração e soluções pela
natureza.
“Os pesquisadores querem aproveitar sistemas biológicos para produzir materiais, que podem ser
comparáveis, ou até mesmo exceder o que nossos ancestrais vêm fazendo há milhares de anos”, disse
ele.
Referência: Angela Ruohao Wu, Fei Sun, et al. Silk de aranha multifuncional projetado habilitado por
química de cliques geneticamente codificados, Materiais funcionais avançados (2023) DOI:
10.1002/adfm.2023043
Crédito da imagem: Nathan Dumlao em Unsplash
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https://www.advancedsciencenews.com/deepmind-solves-50-year-old-challenge-in-predicting-protein-folding/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202304143