Uma equipe de pesquisa da Universidade Rice fez recentemente um progresso tecnológico na construção de nanoestruturas proteicas funcionais. A equipe desenvolveu um sistema de regulação gênica em dois estágios, projetado para produzir nanoestruturas complexas em células geneticamente modificadas de forma mais eficiente e sustentável. Suas descobertas foram publicadas na revista Nature Communications.
Este trabalho foi liderado por George Lu, professor assistente do Departamento de Bioengenharia da Universidade Rice. A pesquisa concentra-se em vesículas de gás, nanoestruturas proteicas cilíndricas ocas produzidas por microrganismos. Essas estruturas são consideradas nanotecnologias promissoras para sensoriamento, imagem e terapia biomédica devido às suas propriedades acústicas únicas.
No entanto, produzir essas estruturas complexas, compostas por múltiplas proteínas, em laboratório, usando bactérias geneticamente modificadas (como a *E. coli*), apresenta desafios. A expressão simultânea de múltiplos genes relacionados pode impor um estresse significativo às células hospedeiras, afetando sua sobrevivência e limitando o rendimento da estrutura desejada. O professor Lu destaca: “Pesquisas realizadas nos últimos anos demonstraram que a capacidade das vesículas de gás de refletir o som as torna sistemas repórteres acústicos únicos e versáteis para pesquisa biomédica e aplicações clínicas. Mas desenvolvemos um novo sistema de regulação gênica que garante a saúde da célula hospedeira enquanto produz simultaneamente nanoestruturas funcionais.”
Para enfrentar esse desafio, a equipe de pesquisa elaborou uma estratégia em duas etapas. O cerne dessa estratégia reside no controle preciso do momento e dos níveis de expressão de diferentes componentes proteicos. Especificamente, eles primeiro induzem a expressão de proteínas “fator” responsáveis pela montagem estrutural e, em seguida, quando estas estão prontas, iniciam a expressão das proteínas “revestidas” que constituem o corpo da vesícula.
Li Zongru, ex-aluno de pós-graduação do laboratório do professor Lu e participante fundamental do estudo, explicou o princípio: “Ao induzir os fatores de montagem a operarem com duas a três horas de antecedência em relação à indução das proteínas revestidas, podemos garantir que os mecanismos celulares necessários para a construção da estrutura estejam em funcionamento antes da introdução das principais proteínas estruturais.” Este método altera o padrão de expressão proteica de síncrono para sequencial, reduzindo efetivamente o estresse celular.
O Professor Lu resumiu: "Ao mudar o método de produção de síncrono para sequencial, este sistema de regulação gênica transforma o processo de montagem caótico em um fluxo de produção ordenado. O resultado é um organismo hospedeiro mais saudável e maior produção de bolhas. Este método fornece um método robusto e confiável de produção de bolhas para aplicações clínicas e de pesquisa, podendo também ser usado para produzir outros complexos proteicos multicomponentes." Esta tecnologia de regulação gênica e síntese de nanoestruturas proteicas oferece novas ideias para o futuro projeto e produção de bionanomateriais mais complexos.
