Tecnologia Científica

A biologia sintética permite que os micróbios construam músculos
A proteína muscular sintética produzida no laboratório de Zhang é a titina, um dos três principais componentes proteicos do tecido muscular. Fundamental para suas propriedades mecânicas é o grande tamanho molecular da titina.
Por Washington University em St. Louis - 30/08/2021


Pesquisadores da McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis desenvolveram uma abordagem de química sintética para polimerizar proteínas dentro de micróbios modificados. Isso permitiu que os micróbios produzissem a proteína muscular de alto peso molecular, titina, que foi então transformada em fibras. No futuro, esse material pode ser usado para roupas ou até mesmo para equipamentos de proteção. Crédito: Washington University em St. Louis

Você usaria roupas feitas de fibras musculares? Usá-los para amarrar os sapatos ou até como cinto? Pode parecer um pouco estranho, mas se essas fibras podiam suportar mais energia antes de quebrar do que algodão, seda, náilon ou mesmo Kevlar, então por que não?

Não se preocupe, esse músculo pode ser produzido sem prejudicar um único animal.

Pesquisadores da McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis desenvolveram uma abordagem de química sintética para polimerizar proteínas dentro de micróbios modificados. Isso permitiu que os micróbios produzissem a proteína muscular de alto peso molecular, titina, que foi então transformada em fibras.

Sua pesquisa foi publicada nesta segunda-feira, 30 de agosto, na revista Nature Communications.

Além disso: "Sua produção pode ser barata e escalonável. Pode permitir muitas aplicações que as pessoas haviam pensado anteriormente, mas com fibras musculares naturais ", disse Fuzhong Zhang, professor do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química. Agora, essas aplicações podem vir a ser concretizadas sem a necessidade de tecidos animais reais.

A proteína muscular sintética produzida no laboratório de Zhang é a titina, um dos três principais componentes proteicos do tecido muscular. Fundamental para suas propriedades mecânicas é o grande tamanho molecular da titina. "É a maior proteína conhecida na natureza", disse Cameron Sargent, um Ph.D. estudante da Divisão de Ciências Biológicas e Biomédicas e o primeiro autor do artigo junto com Christopher Bowen, um recente Ph.D. graduado pelo Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química.

As fibras musculares têm sido de interesse há muito tempo, disse Zhang. Os pesquisadores têm tentado projetar materiais com propriedades semelhantes aos músculos para várias aplicações, como na robótica suave. "Nós nos perguntamos: 'Por que não fazemos apenas músculos sintéticos diretamente?'", Disse ele. "Mas não vamos colhê-los de animais, vamos usar micróbios para fazer isso."

Para contornar alguns dos problemas que normalmente impedem as bactérias de produzir grandes proteínas, a equipe de pesquisa projetou bactérias para juntar segmentos menores da proteína em polímeros de ultra-alto peso molecular em torno de dois megadaltons de tamanho - cerca de 50 vezes o tamanho de uma bactéria média proteína . Eles então usaram um processo de fiação úmida para converter as proteínas em fibras com cerca de dez mícrons de diâmetro, ou um décimo da espessura do cabelo humano.

Trabalhando com os colaboradores Young Shin Jun, professor do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química, e Sinan Keten, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Northwestern University, o grupo analisou a estrutura dessas fibras para identificar os mecanismos moleculares que permitem sua combinação única de resistência, resistência e capacidade de amortecimento excepcionais ou a capacidade de dissipar energia mecânica como calor.

Além de roupas extravagantes ou armadura de proteção (novamente, as fibras são mais resistentes do que o Kevlar, o material usado em coletes à prova de balas), Sargent apontou que este material também tem muitas aplicações biomédicas em potencial. Por ser quase idêntico às proteínas encontradas no tecido muscular, esse material sintético é presumivelmente biocompatível e poderia, portanto, ser um ótimo material para suturas, engenharia de tecidos e assim por diante.

A equipe de pesquisa de Zhang não pretende parar com a fibra muscular sintética . O futuro provavelmente conterá mais materiais exclusivos habilitados por sua estratégia de síntese microbiana. Bowen, Cameron e Zhang entraram com um pedido de patente com base na pesquisa.

"A beleza do sistema é que ele é realmente uma plataforma que pode ser aplicada em qualquer lugar", disse Sargent. "Podemos pegar proteínas de diferentes contextos naturais e, em seguida, colocá-las nesta plataforma para polimerização e criar proteínas maiores e mais longas para várias aplicações de materiais com maior sustentabilidade."

 

.
.

Leia mais a seguir