“A noção de quebra de simetria é crucial para a vida, impactando campos como biologia, física e cosmologia,” diz Shiva Razavi, Ph.D., que liderou a pesquisa na Johns Hopkins e agora é pós-doutorando no MIT. “Entender como a quebra de simetria funciona é chave para desbloquear os fundamentos da biologia e descobrir como usar essa informação para desenvolver terapias.” Cientistas da Johns Hopkins Medicine criaram uma célula sintética mínima que segue um sinal químico externo e demonstra o princípio biológico da “quebra de simetria”. Esse fenômeno, essencial para o movimento celular, ocorre quando as moléculas de uma célula, inicialmente simétricas, reorganizam-se em resposta a estímulos, preparando a célula para o movimento. Esse comportamento é semelhante ao das células imunológicas em resposta a infecções. Os resultados, publicados na Science Advances, mostram uma vesícula gigante com uma membrana de dupla camada, chamada “bolha”.
Essa protocélula, feita de fosfolipídios, proteínas purificadas, sais e ATP, foi projetada para imitar a resposta imune inicial, sinalizando para neutrófilos atacarem germes com base em proteínas detectadas ao redor. Para ativar a capacidade de detecção química da vesícula, os pesquisadores implantaram duas proteínas, FKBP e FRB, dentro da célula sintética. A FKBP foi colocada no centro da célula, enquanto a FRB foi plantada na membrana. Quando a rapamicina foi introduzida, a FKBP moveu-se para a membrana para se ligar ao FRB, desencadeando a polimerização de actina, que reorganizou o esqueleto da célula sintética. Essa reação química resultou em uma estrutura em forma de bastão que exerceu pressão sobre a membrana celular, dobrando-a. Os pesquisadores usaram microscopia confocal rápida para registrar a capacidade de detecção química da protocélula.
Eles precisaram registrar imagens rapidamente, a uma taxa de um quadro a cada 15 a 30 segundos, pois as protocélulas respondiam rapidamente ao sinal químico. O próximo objetivo dos pesquisadores é equipar essas células sintéticas com a capacidade de se mover em direção a um alvo desejado. No futuro, espera-se que células sintéticas possam ter aplicações significativas na entrega direcionada de medicamentos, detecção ambiental e outras áreas onde o movimento preciso e a resposta a estímulos são cruciais. “A ideia é que você pode embalar qualquer coisa que desejar dentro dessas bolhas — proteínas, RNA, DNA, corantes ou pequenas moléculas — dizer à célula para onde ir usando a detecção química e então fazer a célula se romper perto de seu alvo pretendido para que um medicamento possa ser liberado,” explica Takanari Inoue, Ph.D., professor de biologia celular e diretor do Centro de Dinâmica Celular na Johns Hopkins Medicine.