.
A engenharia na célula pode ser uma ferramenta poderosa para sintetizar cristais de proteínas funcionais com propriedades catalíticas promissoras, mostram pesquisadores da Tokyo Tech. Usando bactérias geneticamente modificadas como uma plataforma de síntese ecológica, os pesquisadores produziram catalisadores sólidos híbridos para fotossíntese artificial. Esses catalisadores exibem alta atividade, estabilidade e durabilidade, destacando o potencial da abordagem inovadora proposta.
Os cristais de proteínas, como os cristais regulares, são estruturas moleculares bem ordenadas com diversas propriedades e um enorme potencial de personalização. Eles podem se montar naturalmente a partir de materiais encontrados dentro das células, o que não apenas reduz muito os custos de síntese, mas também diminui seu impacto ambiental.
Embora os cristais de proteína sejam promissores como catalisadores porque podem hospedar várias moléculas funcionais, as técnicas atuais permitem apenas a ligação de pequenas moléculas e proteínas simples. Assim, é imperativo encontrar maneiras de produzir cristais de proteínas contendo enzimas naturais e moléculas funcionais sintéticas para explorar todo o seu potencial de imobilização de enzimas.
Diante desse cenário, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), liderada pelo professor Takafumi Ueno, desenvolveu uma estratégia inovadora para produzir catalisadores sólidos híbridos baseados em cristais de proteínas. Conforme explicado em seu artigo publicado em Nano Letras em 12 de julho de 2023, sua abordagem combina engenharia na célula e um simples em vitro processo de produção de catalisadores para a fotossíntese artificial.
O bloco de construção do catalisador híbrido é um monômero de proteína derivado de um vírus que infecta o Bombyx mori bicho-da-seda. Os pesquisadores introduziram o gene que codifica essa proteína em Escherichia coli bactérias, onde os monômeros produzidos formaram trímeros que, por sua vez, se montaram espontaneamente em cristais de poliedros estáveis (PhCs) ligando-se uns aos outros através de sua α-hélice N-terminal (H1). Além disso, os pesquisadores introduziram uma versão modificada do gene formato desidrogenase (FDH) de uma espécie de levedura no E. coli genoma. Esse gene fazia com que a bactéria produzisse enzimas FDH com terminais H1, levando à formação de cristais híbridos H1-FDH@PhC dentro das células.
A equipe extraiu os cristais híbridos do E. coli bactérias através de sonicação e centrifugação gradiente, e as embebeu em uma solução contendo um fotossensibilizador artificial chamado eosina Y (EY). Como resultado, os monômeros de proteína, que foram geneticamente modificados para que seu canal central pudesse hospedar uma molécula de eosina Y, facilitaram a ligação estável de EY ao cristal híbrido em grandes quantidades.
Por meio desse processo engenhoso, a equipe conseguiu produzir catalisadores EY·H1-FDH@PhC altamente ativos, recicláveis e termicamente estáveis que podem converter dióxido de carbono (CO2) em formato (HCOO−) após a exposição à luz, mimetizando a fotossíntese. Além disso, mantiveram 94,4% de sua atividade catalítica após a imobilização em relação à enzima livre. “A eficiência de conversão do cristal híbrido proposto foi uma ordem de grandeza superior à dos compostos previamente relatados para a fotossíntese artificial enzimática baseada em FDH”, destaca o Prof. Ueno. “Além disso, o PhC híbrido permaneceu no estado de montagem de proteína sólida depois de suportar tanto na Vivo e em vitro processos de engenharia, demonstrando a notável capacidade de cristalização e a forte plasticidade dos PhCs como estruturas de encapsulamento.”
No geral, este estudo mostra o potencial da bioengenharia para facilitar a síntese de materiais funcionais complexos. “A combinação de na Vivo e em vitro as técnicas de encapsulamento de cristais de proteínas provavelmente fornecerão uma estratégia eficaz e ambientalmente amigável para pesquisas nas áreas de nanomateriais e fotossíntese artificial”, conclui o Prof. Ueno.
.
