Luz controla contração de rede proteica ^{CEFR B2}

Engenheiros que desenvolvem células sintéticas enfrentam a necessidade de um componente capaz de gerar força sob comando para produzir movimento, mudança de forma e divisão. Em biologia, muitas células usam ATP para alimentar proteínas motoras, mas alguns unicelulares, como certos ciliados, adotam uma estratégia diferente: um pulso de cálcio provoca uma contração ultrarrápida e então o ATP é usado para bombear o cálcio de volta ao armazenamento e reiniciar o sistema.

Num estudo publicado na Nature Communications e liderado pela Georgia Tech, pesquisadores adaptaram essa estratégia para redes proteicas artificiais sem motores movidos por ATP. A equipe produziu e purificou a proteína Tetrahymena thermophila 2 (Tcb2). Em condições de laboratório, Tcb2 organiza-se em uma rede fibrilar que se contrai quando exposta ao cálcio. Para controlar precisamente onde e quando o cálcio aparece, os cientistas utilizaram um quelante de cálcio sensível à luz — descrito como uma molécula em "gaiola" que segura o íon até ser rompida pela iluminação.

Os autores projetaram padrões de luz em formas específicas, como estrelas e círculos, fazendo a rede montar-se e contrair-se nessas geometrias. Ao pulsar a luz, liberaram cálcio repetidamente e realizaram ciclos de montagem e contração; o sistema suportou aproximadamente 150 ciclos e alcançou velocidades de contração perto de 0.4 micrômetros por segundo. Além disso, demonstraram que a rede podia mover partículas microscópicas, um passo relevante para aplicações de entrega de fármacos por sistemas sintéticos semelhantes a células.

Para entender e otimizar o comportamento, a equipe construiu um modelo computacional e usou simulações junto com aprendizado por reforço para aprender a gerar padrões de luz que controlassem a rede para empurrar ou puxar conforme desejado; Carlos Floyd, coautor, trabalhou nesse aspecto na University of Chicago. O trabalho saiu do laboratório de engenharia bioinspirada de Saad Bhamla, que comparou o desenho do ciliado a um híbrido automotor e ressaltou que o "motor" de cálcio controlado por luz fornece uma via para a capacidade ausente em muitos conceitos de células sintéticas. O estudo recebeu financiamento parcial da National Science Foundation.

• Proteína central: Tetrahymena thermophila 2 (Tcb2).
• Controle do cálcio por quelante sensível à luz.
• Padrões de luz geram montagem e contração.
• Resultado experimental: ~150 ciclos e 0.4 micrômetros/s.