Avanços em Biologia Sintética Usando o Sistema PURE

A biologia sintética é uma área da ciência que busca criar novas partes e sistemas biológicos. Um objetivo empolgante é construir células sintéticas que consigam imitar as funções das células naturais. Para isso, os pesquisadores estão tentando replicar funções chave dos sistemas vivos, como auto-regeneração, adaptabilidade e metabolismo.

#O Sistema PURE

Uma ferramenta notável usada na biologia sintética é o sistema PURE (Síntese de Proteínas Usando Elementos Recombinantes). Esse é um sistema livre de células, ou seja, não vem de células vivas. Em vez disso, contém todos os ingredientes necessários para produzir proteínas em um laboratório. O sistema PURE é particularmente útil para estudar e construir funções biológicas porque é fácil de manipular.

O sistema contém várias proteínas responsáveis por diferentes tarefas:

• Transcrição: Converter DNA em RNA.
• Tradução: Transformar RNA em proteínas.
• Regeneração de energia: Fornecer a energia necessária para esses processos.

O sistema PURE tem 36 proteínas que trabalham juntas para desempenhar essas funções.

#Fazendo o Sistema PURE

Para criar o sistema PURE, os pesquisadores expressam e purificam as 36 proteínas, e depois as combinam com ribossomos e outros componentes que fornecem energia. Recentemente, métodos foram desenvolvidos para tornar esse processo mais simples e barato, permitindo que os pesquisadores produzam o sistema PURE de forma mais eficiente.

#Auto-Regeneração em Células Sintéticas

Para que as células sintéticas funcionem como células reais, elas precisam ser capazes de regenerar suas partes. Isso inclui regenerar DNA, proteínas e outras moléculas importantes. A maior parte das pesquisas atuais foca na regeneração desses elementos um de cada vez, mas conectar esses processos pode tornar a regeneração mais eficaz.

Em estudos anteriores, foi mostrado que algumas proteínas dentro do sistema PURE podem se auto-regenerar. No entanto, alcançar a auto-regeneração de todas as 36 proteínas é desafiador devido às limitações na capacidade do sistema de produzi-las.

#Otimizando o Sistema PURE

Os pesquisadores estão trabalhando ativamente para melhorar o desempenho do sistema PURE. Uma área de foco é aumentar a eficiência da síntese de proteínas, que é o processo de fazer proteínas. A eficiência pode ser medida como a proporção da quantidade de proteína produzida em relação à quantidade total de proteínas presentes no sistema.

Ao otimizar cuidadosamente as concentrações de cada proteína PURE, reduções significativas têm sido feitas na quantidade total necessária para uma operação eficaz. Essa otimização aumenta a eficiência da síntese de proteínas, permitindo um melhor desempenho do sistema PURE.

#Progresso na Otimização

Em esforços recentes para otimizar o sistema PURE, reduções nas concentrações de proteínas foram alcançadas, mantendo ou aumentando a eficiência da síntese. Por exemplo, um conjunto de condições otimizadas mostrou uma redução de cerca de 79% na concentração total de proteínas, o que ainda resultou em uma eficiência de síntese maior.

Várias estratégias foram empregadas, como ajustar as quantidades de diferentes tipos de proteínas responsáveis pela síntese. Esse ajuste fino permite que os pesquisadores maximizem os benefícios do sistema enquanto reduzem componentes desnecessários.

#O Papel da Diluição

Os pesquisadores também exploraram como a diluição do sistema PURE afeta seu desempenho. Testando diferentes concentrações, foi encontrado que o sistema ainda funcionava de forma eficaz mesmo quando diluído significativamente. Isso é importante porque abre novas possibilidades para usar o sistema PURE em diferentes aplicações, incluindo estudos relacionados às origens da vida.

#Agentes de Agregação

Em células naturais, os agentes de agregação são substâncias que ajudam a gerenciar a concentração de proteínas e outras moléculas dentro do ambiente celular. Os pesquisadores começaram a experimentar a adição de agentes de agregação ao sistema PURE para aumentar as taxas de síntese de proteínas.

Os resultados iniciais mostraram que, embora a adição de agentes de agregação não tivesse muito efeito em sistemas concentrados, eles melhoraram significativamente o desempenho em sistemas diluídos. Isso significa que usar agentes de agregação pode ser uma estratégia valiosa para otimizar o sistema PURE.

#Rendimento Final e Eficiência

Outro aspecto da otimização de desempenho é o rendimento total de proteínas produzidas pelo sistema PURE. Em experimentos recentes, os pesquisadores conseguiram aumentar o rendimento final tanto em sistemas concentrados quanto diluídos. Isso é promissor, já que rendimentos mais altos são muitas vezes desejados para aplicações práticas.

Pesquisas mostraram que concentrações específicas de agentes de agregação, particularmente dextrano, podem levar a melhorias substanciais tanto na taxa de síntese quanto no rendimento final de proteínas.

#Direções Futuras

O trabalho em andamento com o sistema PURE mostra promessas para criar células sintéticas mais sofisticadas. Ao combinar as melhorias feitas na auto-regeneração, eficiência de síntese de proteínas e rendimento, os pesquisadores estão mais perto de desenvolver sistemas que consigam imitar as funções das células vivas.

Intervalos de diluição mais longos em sistemas microfluídicos permitem um melhor controle das condições, o que também é crucial para alcançar a regeneração de todas as proteínas no sistema.

#Conclusão

A jornada para construir células sintéticas está avançando rapidamente. Com ferramentas como o sistema PURE e as melhorias feitas através de pesquisas e experimentações, a visão de células sintéticas auto-sustentáveis e regenerativas está se tornando mais alcançável. Ao entender e replicar as funções essenciais dos sistemas vivos, os pesquisadores podem abrir novas avenidas em biotecnologia, medicina e além.