ZAP // UC Merced
Vesículas sintéticas semelhantes a células ajudaram os cientistas a explorar os mistérios do nosso relógio biológico, ou ritmo circadiano. Este processo é extremamente importante para a nossa saúde, e os cientistas estão agora a desvendar os segredos deste processo ao nível celular.
Uma das muitas maravilhas biológicas da vida na Terra é a forma quase perfeita como os nossos corpos conseguem sentir a passagem do tempo.
Conhecido como o nosso relógio biológico, ou ritmo circadiano, este processo natural regula o nosso ciclo sono-vigília e está altamente sintonizado com a rotação de 24 horas da Terra.
Para compreender melhor este mecanismo, cientistas da Universidade da Califórnia Merced tentaram reconstruir este sistema de relojoaria em cianobactérias.
A equipa criou estruturas semelhantes a células conhecidas como vesículas (cada uma com apenas 2 a 10 micrómetros de diâmetro) e carregou-as com “proteínas de relógio” — grupos de proteínas que desempenham um papel importante na regulação do ritmo circadiano.
Os resultados do estudo, conduzido por investigadores da Universidade da Califórnia / Merced, foram apresentados num artigo recentemente publicado na revista Nature Communications.
No decurso do estudo, os investigadores usaram as “proteínas de relógio” de cianobactérias KaiA, KaiB e KaiC.
Segundo o Earth.com, a proteína KaiC funcionou como o centro do sistema, enquanto as outras proteínas deslocaram o processo para a frente e para trás.
Os investigadores selaram então a mistura de três proteínas e um marcador fluorescente no interior de vesículas lipídicas. Estas vesículas – essencialmente células artificiais – variavam entre dois a dez micrómetros de diâmetro.
“Este estudo mostra que podemos analisar e compreender os princípios fundamentais da cronometragem biológica usando sistemas sintéticos simplificados”, disse Anand Bala Subramaniam, investigadora da UC Merced e autora principal do estudo, num comunicado da universidade.
As células artificiais brilharam com ritmo regular de 24 horas durante pelo menos quatro dias. No entanto, quando o número de proteínas do relógio foi reduzido ou as vesículas eram mais pequenas, o brilho rítmico parou.
Esta perda de ritmo seguiu um padrão replicável.
Para explicar estas descobertas, a equipa construiu então um modelo computacional que revelou que os relógios se tornam mais robustos com concentrações mais elevadas de “proteínas de relógio” — permitindo que milhares de vesículas mantenham o tempo de forma fiável, mesmo quando as quantidades de proteína variam ligeiramente entre vesículas.
O modelo também sugeriu que outro componente do sistema circadiano natural — responsável por ligar e desligar genes — não desempenha um papel importante na manutenção de relógios individuais, mas é essencial para sincronizar o tempo do relógio numa população.
Os investigadores também notaram que algumas proteínas do relógio tendem a aderir às paredes das vesículas, o que significa que é necessária uma contagem total elevada de proteínas para manter o funcionamento adequado.
“O relógio circadiano cianobacteriano depende de reações bioquímicas lentas que são inerentemente ruidosas, e são necessários números elevados destas proteínas para atenuar este ruído”, explica Mingxu Fang, professor de microbiologia na Universidade Estadual de Ohio e especialista em relógios circadianos.
“Este novo estudo introduz um método para observar reações de relógio reconstituídas dentro de vesículas de tamanho ajustável que imitam as dimensões celulares — e testar diretamente como e porquê organismos com diferentes tamanhos celulares podem adotar estratégias de cronometragem distintas”, conclui Fang.
