Mas o que acontece com as sequências não selecionadas pela natureza? E que possibilidades existem na construção de sequências inteiramente novas para produzir proteínas novas, ou de novo, com pouca semelhança com qualquer coisa na natureza?

É nesse terreno que Michael Hecht, professor de química, trabalha com seu grupo de pesquisa. E, recentemente, sua curiosidade em projetar suas próprias sequências valeu a pena.

Eles descobriram a primeira proteína conhecida de novo (recém-criada) que catalisa, ou dirige, a síntese de pontos quânticos. Pontos quânticos são nanocristais fluorescentes usados em aplicações eletrônicas de telas de LED a painéis solares.

Seu trabalho abre as portas para a fabricação de nanomateriais de maneira mais sustentável , demonstrando que sequências de proteínas não derivadas da natureza podem ser usadas para sintetizar materiais funcionais – com benefícios pronunciados para o meio ambiente.

Os pontos quânticos são normalmente feitos em ambientes industriais com altas temperaturas e solventes tóxicos e caros – um processo que não é econômico nem ambientalmente correto. Mas Hecht e seu grupo de pesquisa realizaram o processo em laboratório usando água como solvente, produzindo um produto final estável à temperatura ambiente.

"Estamos interessados ??em fazer moléculas de vida, proteínas, que não surgiram na vida", disse Hecht , que liderou a pesquisa com Greg Scholes , o William S. Tod Professor de Química e chefe do departamento. “De certa forma, estamos perguntando: existem alternativas para a vida como a conhecemos? Toda a vida na Terra surgiu de um ancestral comum. Mas se criarmos moléculas semelhantes à vida que não surgiram de um ancestral comum, elas podem fazer coisas legais?

“Então, aqui, estamos fazendo novas proteínas que nunca surgiram na vida, fazendo coisas que não existem na vida.”

O processo da equipe também pode ajustar o tamanho das nanopartículas, que determina a cor que os pontos quânticos brilham ou fluorescem. Isso oferece possibilidades para marcar moléculas dentro de um sistema biológico, como a coloração de células cancerígenas in vivo.

“ Os pontos quânticos têm propriedades ópticas muito interessantes devido aos seus tamanhos ”, disse Yueyu Yao , coautor do artigo e aluno do quinto ano do laboratório de Hecht. “Eles são muito bons em absorver luz e convertê-la em energia química – o que os torna úteis para serem transformados em painéis solares ou qualquer tipo de fotosensor.

“Mas, por outro lado, eles também são muito bons em emitir luz em um determinado comprimento de onda desejado, o que os torna adequados para fazer telas de LED.”

E por serem pequenos - compostos por apenas cerca de 100 átomos e talvez 2 nanômetros de diâmetro - eles são capazes de penetrar algumas barreiras biológicas, tornando sua utilidade em medicamentos e imagens biológicas especialmente promissora.

“Acho que o uso de proteínas de novo abre um caminho para a designabilidade”, disse Leah Spangler, principal autora da pesquisa e ex-pós-doutora no Scholes Lab . “Uma palavra-chave para mim é 'engenharia'. Quero ser capaz de projetar proteínas para fazer algo específico, e esse é um tipo de proteína com a qual você pode fazer isso.

“Os pontos quânticos que estamos fazendo ainda não são de grande qualidade, mas isso pode ser melhorado com o ajuste da síntese ”, acrescentou. “ Podemos obter melhor qualidade projetando a proteína para influenciar a formação de pontos quânticos de maneiras diferentes.”

Com base no trabalho feito pelo autor correspondente Sarangan Chari , um químico sênior no laboratório de Hecht, a equipe usou uma proteína de novo que projetou chamada ConK para catalisar a reação. Os pesquisadores isolaram o ConK pela primeira vez em 2016 a partir de uma grande biblioteca combinatória de proteínas. Ainda é feito de aminoácidos naturais, mas se qualifica como “ de novo ” porque sua sequência não tem nenhuma semelhança com uma proteína natural.

Os pesquisadores descobriram que ConK permitiu a sobrevivência de E. coli em concentrações tóxicas de cobre, sugerindo que pode ser útil para ligação e sequestro de metais. Os pontos quânticos usados nesta pesquisa são feitos de sulfeto de cádmio. O cádmio é um metal, então os pesquisadores se perguntaram se o ConK poderia ser usado para sintetizar pontos quânticos.

Seu palpite valeu a pena. ConK decompõe a cisteína, um dos 20 aminoácidos, em vários produtos, incluindo sulfeto de hidrogênio. Isso atua como a fonte ativa de enxofre que irá então reagir com o metal cádmio. O resultado são pontos quânticos CdS.

“Para fazer um ponto quântico de sulfeto de cádmio, você precisa que a fonte de cádmio e a fonte de enxofre reajam em solução”, disse Spangler. “O que a proteína faz é tornar a fonte de enxofre lentamente ao longo do tempo. Então, adicionamos o cádmio inicialmente, mas a proteína gera o enxofre, que então reage para fazer tamanhos distintos de pontos quânticos.”

Você pode  assistir a um vídeo sobre esta pesquisa preparado pela Princeton Innovation .