Células sintéticas – o poder do futuro

O conceito de cloroplastos e mitocôndrias sintéticas dentro de um lipossoma para geração de energia autossustentável através da fotossíntese e respiração celular. Crédito: Grupo de Interface Biológica, Universidade de Sogang

Avaliação de como organelas produtoras de energia sintética podem sustentar células artificiais.

Os pesquisadores avaliaram o progresso e os desafios na criação de mitocôndrias e cloroplastos artificiais para produção de energia em células artificiais. Essas organelas artificiais poderiam permitir o desenvolvimento de novos organismos ou biomateriais. Os pesquisadores identificaram as proteínas como os componentes mais importantes da maquinaria molecular giratória, do transporte de prótons e da produção de ATP, que servem como a principal moeda de troca de energia da célula.

Os cloroplastos e as mitocôndrias são responsáveis ​​pela produção de energia na natureza e são essenciais para a fabricação sustentável de células artificiais em laboratório. As mitocôndrias não são apenas a “potência da célula”, como diz o ditado na biologia do ensino médio, mas também um dos componentes intracelulares mais complexos da reprodução artificial.

em Revisões de BiofísicaRelatado pela AIP Publishing, pesquisadores da Sogang University na Coreia do Sul e do Harbin Institute of Technology na China identificam os desenvolvimentos mais promissores e os maiores desafios para mitocôndrias e cloroplastos sintéticos.

“Se os cientistas podem criar mitocôndrias e cloroplastos artificiais, podemos desenvolver células artificiais que podem gerar energia e fabricar moléculas de forma independente. Isso abriria caminho para a criação de organismos ou biomateriais completamente novos”, disse o autor Kuano Shin.

Nas plantas, os cloroplastos usam a luz solar para converter água e dióxido de carbono em glicose. As mitocôndrias, encontradas tanto em plantas quanto em animais, produzem energia quebrando a glicose.

Depois que uma célula produz energia, ela geralmente usa uma molécula chamada trifosfato de adenosina (ATP) para armazenar e transferir essa energia. Quando uma célula decompõe o ATP, ela libera energia que alimenta as funções da célula.

“Em outras palavras, o ATP serve como a principal moeda de energia da célula e é vital para a célula realizar a maioria das funções celulares”, disse Shen.

A equipe descreve os componentes necessários para construir mitocôndrias e cloroplastos artificiais e identifica as proteínas como os aspectos mais importantes da maquinaria de rotação molecular, transporte de prótons e produção de ATP.

Estudos anteriores replicaram os componentes que compõem as organelas produtoras de energia. Alguns dos trabalhos mais promissores estudam os processos intermediários envolvidos no complexo processo de geração de energia. Ao vincular as sequências de proteínas e enzimas, os pesquisadores melhoraram a eficiência energética.

Um dos desafios remanescentes mais importantes na tentativa de reconstruir organelas produtoras de energia é permitir a auto-adaptação em ambientes em mudança para manter um suprimento estável de ATP. Estudos futuros devem investigar como melhorar essa vantagem limitada antes que as células artificiais possam se tornar autossustentáveis.

Os autores acreditam que é importante criar células artificiais com métodos de geração de energia biologicamente realistas que imitem os processos naturais. A replicação de células inteiras pode levar a futuros biomateriais e insights sobre o passado.

“Este pode ser um marco importante na compreensão da origem da vida e da origem das células”, disse Shen.

Referência: “Organelas artificiais para conversão e produção de energia química sustentada em células artificiais: mitocôndrias sintéticas e cloroplastos” Por Hyun Park, Yichen Wang, Seo Hyun-min, Youngcho Ren, Kuanu Shin e Xiaojun Han, 28 de março de 2023, disponível aqui. Biofísica.
DOI: 10.1063 / 5.0131071