Brasileiros ajudam a criar enzima sintética com ponto quântico

Com informações do CDMF e Fapesp -  25/07/2018

A enzima sintética foi criada recobrindo os pontos quânticos emissores de luz com aminoácidos naturais. [Imagem: Maozhong Sun et al. - 10.1038/s41557-018-0083-y]

Enzima sintética

Os pontos quânticos são minúsculas partículas semicondutoras - menores do que 10 nanômetros - que absorvem e emitem radiação na região da luz visível, o que os tornou ideais para os LEDs.

Esses LEDs já estão em algumas TVs e prometem uma verdadeira revolução na iluminação, cortando o consumo de energia pela metade.

Mas eles podem ter outras aplicações inusitadas.

Usando pontos quânticos, uma equipe internacional com participação de pesquisadores brasileiros criou a primeira enzima sintética e abiótica.

As enzimas - todas naturais até agora - são um dos pilares das diferentes formas de vida encontradas na biosfera terrestre e seu papel é controlar a velocidade de cada reação química que ocorre nas células e tecidos, garantindo um equilíbrio dinâmico entre elas.

Essas moléculas estão entre os catalisadores mais eficientes que se conhece e um dos motivos dessa grande eficiência é o fato de que cada enzima foi sendo otimizada ao longo da evolução para uma reação específica, havendo, portanto, um número muito grande delas em cada organismo vivo.

Enzima baseada em pontos quânticos

A busca por enzimas sintéticas vem sendo feita há algum tempo, utilizando-se materiais os mais variados, entre os quais se destacam as nanopartículas de materiais cerâmicos e de metais. Qualquer que seja o material empregado, contudo, a dificuldade tem sido sempre a mesma: descobrir para qual reação química aquele catalisador será ótimo, ou seja, trata-se de ajustar o catalisador a uma reação específica.

Foi aí que entraram os pontos quânticos, que estão servindo de base para reações químicas induzidas pela luz.

Antes disso, porém, foi necessário aumentar a biocompatibilidade dessas nanopartículas emissoras de luz e também a sua afinidade por biomoléculas - os pontos quânticos são tipicamente feitos de telureto de cádmio (CdTe), um material de alta toxicidade.

"Ambos os efeitos foram conseguidos com um recobrimento da superfície das nanopartículas com um aminoácido natural, a cisteína. Note-se que a cisteína é uma molécula quiral, o que trouxe uma nova propriedade para o material: a absorção diferente de luz circularmente polarizada à direita ou à esquerda," explicou o professor André Farias de Moura, da Universidade Federal de São Carlos. A equipe contou ainda com a participação de outro brasileiro, Felippe Mariano Colombari, do CDMF (Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais).

A enzima corta o DNA em pontos específicos, o que permitirá seu uso para atacar patógenos, como vírus e bactérias. [Imagem: Maozhong Sun et al. - 10.1038/s41557-018-0083-y]

Corte do DNA

A enzima sintética baseada nos pontos quânticos apresentou uma especificidade para reações de quebra controlada de moléculas de DNA, cortando a dupla hélice de DNA sempre na mesma posição (o chamado sítio de restrição). Assim, produziu-se pela primeira vez uma nanozima (uma nanopartícula que funciona como uma enzima) capaz de fazer a quebra de DNA por fotocatálise com luz circularmente polarizada, de maneira específica e controlada, como faria uma endonuclease de restrição natural.

"Entre tantas aplicações potenciais, uma merece destaque: é possível ajustar uma nanozima para atacar um fragmento de material genético de agentes patogênicos (vírus, bactérias e protozoários), escolhendo um sítio de restrição que não exista no hospedeiro (seres humanos, animais ou plantas). Assim, teríamos como eliminar os agentes causadores de doenças afetando minimamente o doente. Soa promissor, mas primeiro precisamos compreender os mecanismos de funcionamento destas nanozimas e principalmente a origem de sua especificidade para um trecho específico do material genético," disse André.

Segundo os pesquisadores, com base nos resultados da extensa modelagem computacional que embasou este desenvolvimento, novas nanozimas poderão ser dimensionadas para reações específicas, seja em sistemas biológicos ou em aplicações industriais.

Bibliografia:

Site-selective photoinduced cleavage and profiling of DNA by chiral semiconductor nanoparticles
Maozhong Sun, Liguang Xu, Aihua Qu, Peng Zhao, Tiantian Hao, Wei Ma, Changlong Hao, Xiaodong Wen, Felippe Mariano Colombari, Andre Farias de Moura, Nicholas A. Kotov, Chuanlai Xu, Hua Kuang
Nature Chemistry
Vol.: 10, pages821-830
DOI: 10.1038/s41557-018-0083-y