Modelo para nanorreatores

Na edição de abril (13) da revista científica da ACS Central Science, uma equipe de pesquisadores publicou os resultados de uma pesquisa que utilizou abordagens computacionais multiescala e experimentais para saber como ocorre o controle da montagem de microcompartimentos (MCPs, - microcompartments em inglês) bacterianos.

Os MCPs bacterianos são organelas (células procarióticas), que diferentemente das células eucarióticas, não são envoltas por uma membrana fosfolipídica, mas sim por grupos de proteínas conservadas e que se agrupam na forma de uma concha (shell proteins). Enquanto esse envoltório permanece conservado em todos os MCPs, as enzimas encapsuladas variam amplamente.

Esses MCPs são definidos a partir de três grupos de proteínas estruturais que compõem seu envoltório, a BMC-H, que formam hexâmeros hexagonais, a BMC-P, a partir de pentâmeros pentagonais e a BMC-T, uma fusão em tandem da BMC-H (domínio Pfam00936), que se subdivide em dois tipos, os trímeros (BMC-TS), e dímeros, que são empilhados de trímeros (BMC-TD).

Nas células bacterianas, os MCPs podem ocupar mais da metade do conteúdo, possibilitando a separação das atividades metabólicas, inclusive das enzimas responsáveis pela produção de determinadas substâncias químicas, assim como de energia. Essa separação impossibilita que haja interferência entre as vias metabólicas.

Por meio dessas abordagens e de um modelo termodinâmico, combinados com estudos de mutagênese, os pesquisadores realizaram a análise da montagem das proteínas dos MCPs, em seu estado original e das que sofreram alguma alteração (mutagênese).

O interesse em compreender e determinar como esses processos ocorrem, se justifica pela sua relevância científica e comercial para o desenvolvimento de novas tecnologias, principalmente na área da saúde, destacaram os pesquisadores no artigo.

Nesse estudo, a equipe de pesquisadores analisou a proteína PduA BMC-H da bactéria Salmonella entérica serovar Typhimurium LT2, aplicando análises computacionais de interações específicas entre as estruturas hexaméricas da PduA.

Essa análise revelou que as interações eletrostáticas e de ligações de hidrogênio entre os resíduos de dois aminoácidos, a arginina e a valina, na extremidade da PduA, são fundamentais para que ocorra a automontagem dos hexâmeros dessa proteína e para a formação de MCPs. Isso se justifica pelo fato de que a maioria das mutações nesses resíduos, impactam de forma negativa na formação de MCPs.

Por meio de modelagem multiescala e do estudo das mutações, a equipe encontrou as interações responsáveis pela ligação de proteínas formadoras de hexâmeros e partir dessas informações, foi possível determinar como as mudanças nos ângulos preferenciais da proteína hexamérica dos microcompartimentos e nas forças de interação, podem alterar as morfologias já montadas. Essas descobertas possibilitaram que a equipe pudesse demonstrar que essas forças e ângulos alterados, ocorrem por causa das mutações nos aminoácidos. A partir desses achados, é possível, por meio de um modelo termodinâmico, fornecer caminhos para projetar MCPs de várias morfologias.

Os pesquisadores acreditam que essas descobertas oferecem informações sobre a montagem controlada de proteínas, mas também os princípios para a construção de microcompartimentos para aplicações bioquímicas ou energéticas como os nanorreatores.