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O estudo conduzido pela Universidade de Bristol, publicado hoje na Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS), demonstra como fazer fios condutivos e biodegradáveis a partir de proteínas projetadas. Estes poderiam ser compatíveis com componentes eletrônicos convencionais feitos de cobre ou ferro, bem como com a maquinaria biológica responsável pela geração de energia em todos os organismos vivos.
Os fios minúsculos são do tamanho de transistores em chips de silício ou um milésimo da largura do mais fino cabelo humano. Eles são feitos completamente de aminoácidos naturais e moléculas heme, encontradas em proteínas como a hemoglobina, que transporta oxigênio nas células vermelhas do sangue. Bactérias inofensivas foram usadas para sua fabricação, eliminando a necessidade de procedimentos potencialmente complexos e prejudiciais ao meio ambiente comumente usados na produção de moléculas sintéticas.
O principal autor Ross Anderson, professor de Química Biológica da Universidade de Bristol, disse: “Embora nossos projetos sejam inspirados nos circuitos eletrônicos baseados em proteínas necessários para toda a vida na Terra, eles estão livres de grande parte da complexidade e instabilidade que podem impedir a exploração de seus equivalentes naturais em nossos próprios termos. Também podemos construir esses minúsculos componentes eletrônicos sob encomenda, especificando suas propriedades de uma forma que não é possível com proteínas naturais.”
Os principais especialistas em engenharia biomolecular e simulação trabalharam juntos para produzir este novo método exclusivo de projetar proteínas sob medida com propriedades eletrônicas ajustáveis.
A equipe multidisciplinar usou ferramentas computacionais avançadas para projetar blocos de construção simples que poderiam ser combinados em cadeias de proteínas semelhantes a fios para conduzir elétrons. Eles conseguiram visualizar as estruturas desses fios usando cristalografia de raios X de proteínas e criomicroscopia eletrônica (crio-EM), técnicas que permitem que as estruturas sejam visualizadas nos mínimos detalhes. Ultrapassando os limites técnicos do cryo-EM, imagens da menor proteína individual já estudada foram obtidas com esta técnica.
Em última análise, esses fios de design em nanoescala têm potencial para serem usados em uma ampla gama de aplicações, incluindo biossensores para diagnóstico de doenças e detecção de poluentes ambientais.
Espera-se também que esta invenção forme a base de novos circuitos elétricos para a criação de catalisadores feitos sob medida para biotecnologia industrial verde e proteínas fotossintéticas artificiais para capturar energia solar.
A descoberta foi possível graças a uma doação de £ 4,9 milhões do Conselho de Pesquisa em Biotecnologia e Ciências Biológicas (BBSRC), o maior financiador de biociência do Reino Unido, que resultou em um projeto de cinco anos intitulado ‘The Circuits of Life’ envolvendo as Universidades de Bristol, Portsmouth, East Anglia e University College London (UCL).
A equipe aproveitou sua experiência em design de proteínas, transferência de elétrons, simulação biomolecular, biologia estrutural e espectroscopia, obtendo informações sobre como os elétrons fluem através de moléculas biológicas naturais, um processo fundamental que sustenta a respiração celular e a fotossíntese.
Esperam-se mais avanços à medida que o projeto, iniciado no ano passado, progride, apresentando oportunidades significativas para ajudar na transição para processos industriais líquidos zero e mais sustentáveis.
O co-autor Adrian Mulholland, professor de química na Universidade de Bristol, disse: “Essas proteínas mostram como o design de proteínas está fornecendo ferramentas cada vez mais úteis. Elas oferecem possibilidades empolgantes como componentes para biologia de engenharia e também são ótimos sistemas para investigar os mecanismos fundamentais de transferência biológica de elétrons”.
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