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Os pesquisadores do QUT desenvolveram uma nova abordagem para projetar interruptores moleculares ON-OFF baseados em proteínas que podem ser usados em uma infinidade de aplicações biotecnológicas, biomédicas e de bioengenharia.
A equipe de pesquisa demonstrou que essa nova abordagem permite projetar e construir testes de diagnóstico mais rápidos e precisos para detectar doenças, monitorar a qualidade da água e detectar poluentes ambientais.
O professor Kirill Alexandrov, da QUT School of Biology and Environmental Science, cientista líder da Aliança de Biologia Sintética CSIRO-QUT e pesquisador do Centro de Excelência em Biologia Sintética ARC, disse que a nova técnica publicada na revista científica Natureza Nanotecnologia demonstrou que os interruptores de proteína podem ser projetados de maneira previsível.
O professor Alexandrov disse que os testes de diagnóstico de ‘ponto de atendimento’ atualmente disponíveis que forneceram resultados imediatos, como glicose no sangue, gravidez e kits de teste COVID, usaram sistemas de detecção de proteínas para detectar a presença de açúcar, hormônios da gravidez e proteínas COVID.
“Estes, no entanto, representam apenas uma pequena fração do que é necessário no modelo de saúde centrado no paciente”, disse o professor Alexandrov.
“No entanto, desenvolver novos sistemas de detecção é um processo de tentativa e erro desafiador e demorado.
“O novo método ‘nano-interruptor de proteína’ pode acelerar massivamente o desenvolvimento de diagnósticos semelhantes, diminuindo o tempo e aumentando a taxa de sucesso. Ele usa proteínas modificadas para se comportar como interruptores ON/OFF em resposta a alvos específicos.
“A vantagem de nossa abordagem é que o sistema é modular, semelhante à construção com peças de Lego, para que você possa substituir peças facilmente para atingir outra coisa – outro medicamento ou um biomarcador médico, por exemplo”.
O professor Alexandrov disse que o método oferece a possibilidade de construir muitos testes diagnósticos e analíticos diferentes, com uma ampla gama de aplicações possíveis, incluindo diagnósticos em saúde humana e animal, kits de teste para contaminação da água e detecção de metais de terras raras em amostras para direcionar os esforços de mineração.
A equipe de pesquisa multidisciplinar incluiu cientistas do QUT e do Centro de Excelência em Biologia Sintética ARC, composto pelo pesquisador principal, professor Kirill Alexandrov, Dr. Zhong Guo, Cagla Ergun Ayva, Patricia Walden e a professora adjunta Claudia Vickers.
A equipe do QUT colaborou com os principais eletroquímicos Evgeny Katz e Oleh Smutok, da Clarkson University, em Nova York, e o patologista químico Dr. Jacobus Ungerer, da Queensland Health.
Para demonstrar a tecnologia, a equipe se concentrou em um medicamento quimioterápico contra o câncer que é tóxico e requer medição constante para garantir o bem-estar do paciente.
“Muito pouco da droga não vai matar o câncer, mas muito pode matar o paciente”, disse o professor Alexandrov.
O sensor que a equipe projetou para a droga usa uma mudança de cor para identificar e quantificar a droga.
O professor Alexandrov disse que o próximo passo é que o sensor seja testado nos laboratórios de Queensland Health para aprovação para uso em ambiente clínico.
Professor Kirill Alexandrov.
“É realmente emocionante, porque é a primeira vez que um biossensor de proteína projetado artificialmente pode ser realmente adequado para uma aplicação de diagnóstico na vida real”, disse o professor Alexandrov.
O Dr. Ungerer disse que a tecnologia de engenharia de proteínas desenvolvida pela equipe de pesquisa forneceu um novo meio para criar testes de laboratório.
“Isso tem o potencial de melhorar e expandir os testes laboratoriais, o que resultará em benefícios econômicos e de saúde substanciais”, disse o Dr. Ungerer.
O Dr. Guo disse que esses avanços foram possíveis graças a uma equipe internacional e interdisciplinar e a um excelente trabalho em equipe.
O professor Alexandrov disse que o próximo passo era adotar essa abordagem, padronizá-la e escalá-la, para então começar a construir subsistemas mais sofisticados. Ele disse que há duas direções futuras para o trabalho.
“Uma delas é desenvolver modelos de computador que nos permitam projetar e construir os interruptores de forma ainda mais rápida e precisa”, disse ele.
“A outra é demonstrar a escala e o potencial da tecnologia construindo muitos interruptores para diferentes aplicações de diagnóstico”.
O professor Alexandrov disse que a equipe está atualmente modificando proteínas existentes, mas, no futuro, eles podem usar os mesmos princípios para desenvolver componentes que não existiam e seriam projetados do zero.
“A nova técnica fornece aos cientistas um controle sem precedentes sobre a construção de sistemas de detecção baseados em proteínas”, disse ele.
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